Hydrological characteristics of dripping water in karst caves under different land covers
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摘要: 土地覆被类型是水循环过程的重要影响因子，为探究不同土地覆被下洞穴滴水的水文特征及其影响因素，文章选取了贵州岩溶区不同土地覆被下的清江洞（土层厚，植被中等）、广顺洞（土层薄，植被好）和石将军洞（土层薄，植被差，顶板厚）3个洞穴，基于滴水流量、土壤含水量及气象数据进行研究。结果表明：（1）3个洞穴的滴水流量均存在季节性变化规律，滴水在降水输入少的旱季易发生断流；（2）由于土壤的截留和储存作用，使得洞顶土层覆盖厚的清江洞相较于广顺洞和石将军洞在雨季8月到10月期间表现出特有的流量低值现象，且全年土壤含水量的最低值也出现在此时期；（3）3个洞穴滴水流量的年均值为石将军洞（1.185 mL·min−1）＞清江洞（0.600 mL·min−1）＞广顺洞（0.236 mL·min−1），流量的全年稳定程度为石将军洞＞广顺洞＞清江洞；（4）植被对洞穴滴水水文特征的影响弱于土壤，土壤发育较好的洞穴（清江洞）比土层薄但植被覆盖高的广顺洞全年更容易断流，另外顶板厚度大的洞穴（石将军洞）全年滴水流量稳定程度最好。综上，洞穴滴水流量除受降水、气温、湿度等气象条件影响外，还受土地覆被、含水层顶板厚度的影响。Abstract:
In recent years, the deterioration of global climate has caused a series of natural environment problems, which urgently requires researchers to forecast the future climate and put forward effective management measures. Previous studies have shown that the study and reconstruction of the earth paleoclimate can help people understand the patterns of past climate change and its dominant mechanism. Therefore, as to effectively predict the future climate change and the way the contemporary ecosystem responds to the future climate change, the restoration and reconstruction of ancient climate and environment have gradually become the focus of today's research on earth sciences. At present, an increasing number of researchers have reconstructed paleoclimate and environment based on various geochemical indexes of stalagmites and secondary carbonate sediments in karst caves. Cave dripping water is the material basis for the formation of stalagmites, and it is also the main source of trace elements in stalagmites. The high frequency signal caused by the change of external climate environment will affect the ancient climate information recorded by stalagmites. Therefore, it is of great importance to establish a long-term monitoring system based on cave dripping water and to analyze the relationship between the hydrologic characteristics of cave dripping water and the changes of external environment during the study of stalagmite indication. Cave dripping water is an important part in the water cycles of karst areas, and its hydrological characteristics are closely related to the geochemical isotope indexes which carry climate information. The land cover type is an important factor affecting the regional water cycle processes. However, most of the current studies discussing the impact of land cover on water cycle processes are mainly concentrated on the watershed scale in non-karst areas, and very few studies focus on the impact of land cover on the hydrological characteristics of cave dripping water in karst areas. In order to explore the influence of different land covers on hydrological characteristics of cave dripping water in karst areas, this study selected three karst caves with different types of topsoil and vegetation in Guizhou Province, Southwest of China. These three caves are Qingjiang cave with thick soil layer and moderate vegetation cover), Guangshun cave with thin soil layer and dense vegetation cover, and Shijiangjun cave with thin soil layer, sparse vegetation cover and thick carbonate roof. This study was conducted based on drip discharge rate, soil water content and meteorological data during one hydrological year. Study results show: (1) The drip discharge rates of the three caves display obvious seasonal variations that are synchronized with the input of precipitation, i.e. high in the rainy season, low in the dry season, because they were influenced by meteorological conditions, e.g. precipitation, temperature and humidity. The dripping water flow is vulnerable to dry up in the dry season with less precipitation input. (2) Soil has a strong retention and storage effect on precipitation infiltration. Compared with Guangshun cave and Shijiangjun cave, Qingjiang cave with thick soil layer on the roof shows a unique low flow value during the rainy season from August to October, due to high external temperature and long exposure time after rain, which leads to strong evaporation effect. Besides, the lowest annual soil water content also occurs during this period. (3) The abundance of drip discharge rates of the three caves can be ranked as follows: Shijiangjun cave (1.185 mL·min−1)>Qingjiang cave (0.600 mL·min−1)>Guangshun cave (0.236 mL·min−1), according to their annual mean values. The annual stability of their drip discharge can be obtained by their Cv values, indicating that the drip discharge is the most stable in Shijiangjun cave (0.072), followed by the discharge in Guangshun cave (0.481) and Qingjiang cave (1.264). (4) The influence of vegetation on hydrological characteristics of dripping water is weaker than that of soil, and the dripping water flow in caves with better soil cover development are more likely to dry up throughout the year. For example, the dripping water flow in Qingjiang cave with thick soil cover is more likely to dry up than in Guangshun cave with thin soil layer but with dense vegetation cover. In addition, caves with thick carbonate roof would have a better regulation effect on dripping water flow, e.g. Shijiangjun cave where its dripping water flow is the most stable and abundant throughout the year. In summary, the discharge rate of dripping water is affected not only by meteorological conditions such as precipitation, temperature and humidity, but also by land cover and thickness of aquifer roof above a cave. Therefore, the results of this study could provide crucial scientific guidance for the selection of dripping water points with relatively abundant and stable flow in karst caves, and would be of great significance for the use of cave dripping water in climate research. -
Key words:
- land cover /
- dripping water /
- hydrological characteristics /
- discharge rate /
- soil water content
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0. 引 言
岩溶区石笋等洞穴沉积物被广泛地应用于古气候研究[1-5]，而洞穴滴水是石笋形成的重要物质基础[6-8]。已有研究表明，洞穴滴水流量对洞穴沉积物同位素组成有较大影响，它能改变洞穴沉积物中同位素所记录的气候信号[9-14]。Ziv等[15]2021年采用平流−扩散反应模型研究滴水速率、洞穴表面斜率以及滴水流动距离之间关系，发现洞穴滴水流量的大小会影响洞穴滴水在洞穴表面的流动速度，从而对碳酸盐溶液中CO2的脱气程度产生影响，进而影响洞穴沉积物中同位素的组成。Dragusin等[16] 2020年对罗马尼亚Ascunsa洞穴内的多个滴水点进行研究，探讨了洞穴内方解石中δ13C、滴水流量以及CO2脱气之间的关系，结果表明洞穴滴水流量与速率的变化会对洞穴沉积物同位素的组成造成很大影响。因此，在研究石笋指示古环境变化的过程中，利用洞穴滴水建立监测系统、了解洞穴滴水流量大小与外界环境变化的关系、研究洞穴滴水的水文特征及其影响因素这几个问题显得至关重要[17-18]。
洞穴滴水作为包气带中的地下水，属于流域水循环的一个重要部分。已有研究表明，土地覆被类型是水循环过程中入渗、径流和蒸发等环节的主要控制因素[19-21]。夏江宝等[22]研究了影响土壤入渗的外界条件，发现土地利用方式和植被是影响土壤入渗的重要影响因子。Zhao等[21]也指出，土地覆被会影响流域的蒸发、蒸腾等水循环强度。另外，考虑到不同流域气候条件和除土地覆被外下垫面条件的差异，我们在贵州省普定县沙湾试验场对5个体积相同、边界可控、仅土地覆被类型不同的模拟流域进行了控制性实验研究，发现土地覆被对地下水的入渗补给有重要影响，地下水入渗率为裸岩地＞裸土地＞耕地＞灌木丛＞草地[23]。此外，自20世纪90年代以来，随着国家石漠化综合治理工程的实施，岩溶地区植被恢复显著，许多地方的土地利用类型也发生了转变[24]。因此，需要进一步研究土地覆被对洞穴滴水水文特征的影响。
然而，目前关于土地覆被对地下水入渗补给影响的研究多集中于流域尺度上水循环的各个环节，鲜有关于土地覆被对洞穴滴水水文特征影响的研究。因此，本文选取位于贵州省岩溶区的2个洞顶土地覆被明显不同的洞穴：遵义市清江洞、黔南布依族苗族自治州广顺洞进行研究。此外，由于之前在普定县沙湾试验场进行的控制性实验无法反映野外洞穴顶板厚度对洞穴滴水水文特征的影响，本文还选取了洞穴顶板厚度明显不同于其他2个洞穴的安顺市石将军洞进行对照研究，以求揭示不同土地覆被对于洞穴滴水水文特征的影响。
1. 材料与方法
1.1 研究区概况
本研究选取贵州省境内3个顶部土地覆被不同的洞穴进行研究，研究区处于亚热带季风性气候区，雨热同期，四季分明。
清江洞位于贵州省遵义市，发育于三叠系中下统嘉陵江组第一段（T1-2j1），岩性为灰、深灰色薄至中厚层泥晶灰岩。洞穴内部各种碳酸盐沉积物发育良好且分布广泛，洞穴顶部土层较厚且连续性强，大致厚度为15~50 cm，顶部植被覆盖较好，以灌木为主（图1b），洞穴顶板厚度约为19~26 m。
图 1 清江洞、广顺洞、石将军洞的地理位置及顶部土地覆被Figure 1. Geographical location and top land covers of Qingjiang cave, Guangshun cave, and Shijiangjun cave广顺洞位于贵州省黔南布依族苗族自治州，发育于二叠系中统茅口组第一段（P2m1），岩性为灰至浅灰色厚层块状泥—微晶灰岩。洞穴上覆植被发育非常好，以木本植物（季节性落叶阔叶林）为主，土壤瘠薄，连续性差（图1c），厚度多在5 cm以下，顶板厚度约为14~18 m。
石将军洞位于贵州省安顺市，发育于三叠系中上统 ( T2- 3 )石灰岩、白云岩中。洞穴内布沉积物保护良好，洞穴滴水流量丰富且旱季不易干涸[25]。洞穴上覆土壤瘠薄；植被主要是灌木和草本植物，岩石裸露（图1d），洞穴顶板厚度约为35±15 m[26]。
1.2 实验方法与数据获取
1.2.1 洞穴滴水流量、电导数据获取
分别在三个洞穴中选取分布于洞穴内部各方位的多个滴水点，每个月实地监测并记录每个滴水点的滴速。基于文献[27]和实际量筒测算，将滴水点的滴速数据按照一滴水为0.05 mL的单位换算，获取3个洞穴各个滴水点流量季节变化数据。洞穴滴水电导率数据采用便携式多参数水质监测仪(德国 WTW Multi 3430)测定获取。
1.2.2 土壤水数据
因广顺洞和石将军洞顶部土壤厚度小且覆盖率低，无法埋设土壤水测试探头。清江洞于2021年6月13日在洞穴顶部埋设HOBOware土壤水分监测系统，埋置深度为10 cm，并在2021年6月14日0时开始每间隔15 min自动连续记录洞穴顶部土壤水分数据，到2022年7月12日0时结束。
1.2.3 气象（降水、温度、空气湿度）数据
清江洞位于遵义市红花岗区，气象数据采用红花岗区气象站点2021年6月14日至2022年7月11日的逐日气象数据；广顺洞与石将军洞分别位于贵州省安顺市长顺县和贵州省安顺市西秀区，因此根据研究期选取长顺县气象站点和西秀区气象站点自2021年5月30日至2022年7月16日的逐日气象数据。以上气象数据来源于中国气象数据网。
2. 结 果
2.1 洞穴滴水水文和水化学指标变化
如图2所示，三个洞穴所在地区气象数据季节变化都符合典型的亚热带季风性气候，全年分干湿两季，雨季高温多雨，旱季低温少雨，洞穴的滴水流量也伴随着气象数据存在季节性变化，总体呈现出雨季流量大、旱季流量小的变化趋势。然而对比三个洞穴可以看出其滴水流量的季节变化各自存在一定的特点。
图 2 广顺洞(a)、清江洞(b)、石将军洞(c)滴水流量及当地气象数据的季节变化Figure 2. Seasonal variations of drip discharge rates and meteorological data in Guangshun cave (a), Qingjiang cave (b), and Shijiangjun cave (c)如图2a所示，广顺洞自2021年5月30日监测开始，随着当地气候由雨季转入旱季，降水量波动下降，洞穴滴水流量也呈现波动下降的态势，并在次年1月23日达到监测期最低值0.063 mL·min−1（图2a、表1）。随后到5月14日，当地气候由旱季转向雨季，降水量波动上升，洞穴滴水流量也呈现出波动上升的趋势。广顺洞整个监测期内洞穴平均滴水流量的平均值为0.236 mL·min−1，变差系数（Cv）为0.481。
表 1 监测期内3个洞穴的滴水流量统计值Table 1. Statistics of drip discharge rates in the three caves during the monitoring period石将军 广顺 清江 日期 流量
/mL·min−1日期 流量
/mL·min−1日期 流量
/mL·min−12021/5/30 1.118 2021/5/30 0.411 2021/6/14 0.715 2021/6/27 1.163 2021/6/27 0.207 2021/7/19 1.882 2021/7/19 1.258 2021/7/19 0.399 2021/8/29 0.099 2021/8/28 1.363 2021/8/28 0.330 2021/9/21 0.074 2021/9/20 1.260 2021/9/20 0.195 2021/10/27 0.112 2021/10/30 1.109 2021/10/30 0.198 2021/11/28 0.237 2021/11/27 1.166 2021/11/27 0.132 2021/12/30 0.022 2021/12/30 1.156 2021/12/30 0.075 2022/1/23 0.156 2022/1/23 1.237 2022/1/23 0.063 2022/3/6 0.185 2022/3/5 1.105 2022/3/5 0.222 2022/4/3 2.320 2022/4/16 1.086 2022/4/16 0.216 2022/5/14 1.444 2022/5/14 1.228 2022/5/14 0.405 2022/6/18 0.440 2022/6/18 1.273 2022/6/18 0.243 2022/7/11 0.224 2022/7/16 1.073 2022/7/16 0.204 平均值 1.185 0.236 0.600 变差系数 Cv 0.072 0.481 1.264 如图2b所示，清江洞洞穴滴水流量的季节性波动幅度较大，尤其在监测期第一个雨季中后期（即2021年8月至10月）洞穴滴水流量出现大幅度下降，之后该地气候转入旱季，洞穴滴水流量自2021年11月至次年3月保持较低态势并在12月30日出现最低值0.075 mL·min−1（图2b，表1），随后在旱季即将结束的2022年4月3日，随着降水的增加而大幅度提升至监测期最大值2.320 mL·min−1。最后在监测期第二个雨季的2022年5月至7月，洞穴滴水流量伴随降水与空气湿度的波动下降以及温度的不断回升呈现出持续下降的态势。清江洞全监测期内洞穴滴水流量的平均值为0.600 mL·min−1， Cv为1.264。
如图2（c）所示，石将军洞洞穴滴水流量季节性波动幅度很小。自监测期开始的2021年5月至10月，当地气候属于雨季，丰富的降水增加了洞穴滴水的流量。在之后的2021年11月至次年4月期间，当地气候处于旱季，洞穴滴水流量总体偏低，但会伴随每场降雨的少量降水有所增加。最后直至监测期结束，当地气候由旱季转为雨季，洞穴滴水流量呈现出伴随着降水的增减而增加。石将军洞全监测期内洞穴平均滴水流量的平均值为1.185， Cv为0.072。
各洞穴滴水水化学变化如图3，广顺各滴水点电导率和饱和指数未表现出明显的季节性变化规律，且呈现出降雨事件后降低的现象，如图3a中的2021年9月，2022年1月和4月。清江洞各滴水点的电导率和饱和指数的季节性变化较为明显，自2021年6月监测开始至2022年2月，当地气候由雨季转入旱季，滴水流量逐渐降低，随后至监测期结束，滴水电导率也伴随着气候由雨季向旱季的转变而逐渐增高，饱和指数表现为雨季低旱季高的特点。石将军洞各滴水点电导率和饱和指数的季节变化虽然较小，但整体上呈现出雨季高旱季低的同步变化。
图 3 广顺洞（a）、清江洞（b）、石将军洞（c）洞穴滴水电导率、饱和指数与降水的季节变化Figure 3. Seasonal variations of drip conductivity, saturation index and precipitation in Gwangshun cave (a), Qingjiang cave (b) and Shijongjun cave (c)2.2 清江洞顶部土壤含水量季节变化
清江洞顶部土壤含水量季节变化如图4，整体呈雨季波动幅度大、旱季波动幅度小的变化趋势，根据其整体变化的波动形态可分为A—D四个阶段。
图 4 清江洞土壤含水量和各气象数据季节变化Figure 4. Seasonal variations of soil water content and meteorological data in Qingjiang caveA阶段：自2021年6月14日监测开始至7月19日，土壤含水量呈现波动上升的趋势，期间每次降水时空气湿度会增加，温度会降低，土壤含水量也在此时大幅度上升。
B阶段：自2021年7月19日至10月9日，土壤含水量呈现波动下降趋势，并且波动的幅度非常大。此期间当地每场降雨的降水量相对较高，不同场次降雨相隔时间较长，每次降雨都会导致温度的下降和空气湿度的上升，土壤含水量会随着每次降水的到来迅速增加，但在每场降雨过后到下次降雨来临之前，随着温度的迅速上升以及空气湿度的剧烈下降，土壤含水量会呈现出在短时间内大幅度下降的趋势，直到2021年10月9日达到监测期内最低值19.7%。
C阶段：2021年10月9日至次年3月16日，当地气候由雨季转入旱季，降水减少，温度降低，空气湿度大，土壤含水量在此期间波动较小并保持一个相对平稳的态势，期间会伴随少量降水有小幅度增加，在2022年2月22日后至3月16日随着降水量和空气湿度的降低以及温度的升高呈现下降趋势。
D阶段：2022年3月16日至7月11日，当地气候由旱季转入雨季，降水场次增多，每场降雨的降水量增加，温度波动回升，土壤含水量变化波动再次增强，此期间的3月16日至6月10日，土壤含水量随降水的增加而波动上升，6月10日之后直到监测期结束，土壤含水量随降水量、空气湿度的波动下降以及温度的波动回升而波动下降。
3. 讨 论
3.1 清江洞洞穴滴水流量与气象数据、土壤含水量的关系
由于清江洞穴顶部土壤水含量数据分辨率高并且其变化动态类型分化明显（图4），将清江洞的各气象数据变化以及洞穴平均滴水流量变化数据根据土壤含水量的分组（A—D）进行讨论。
A组期间降水量为108.5 mm，平均温度较高为25.1 ℃（表2）。在6月29日至7月2日、7月5日以及16日至19日都有降水，尤其在7月16日至19日出现连续大量降水，总量56.5 mm，使得土壤水含量呈现大幅的波动增长趋势，从而导致洞穴滴水流量在7月19日监测时较6月14日有明显的增加，达到1.882 mL·min−1，洞穴滴水丰富且流量大（图5 a）。
表 2 清江洞基于土壤含水量曲线形态的分组Table 2. Grouping based on the curve of soil water content in Qingjiang cave分组 日期 平均温度/℃ 平均湿度/% 降水量/mm A 2021/6/14—2021/7/19 25.1 77% 108.5 B 2021/7/19—2021/10/9 24.9 72% 237.8 C 2021/10/9—2022/3/16 8.2 82% 239.8 D 2022/3/16—2022/7/11 18.9 79% 417.5 
图 5 清江洞A组（a）、B组（b）、C组（c）、D（d）组土壤含水量、气象数据以及洞穴滴水流量季节变化Figure 5. Seasonal variations of soil water content, meteorological data, and drip discharge rates in Groups A (a), B (b), C (c), and D (d) in Qingjiang caveB组期间场次降水的量值最大，场次降水间隔时间长（图4），总降雨量为237.8 mm，然而洞穴滴水流量却从2021年7月19日至8月29日大幅度减少，直到2021年9月21日都处于流量少近断流的状态。根据图5b，此期间无降水发生时，温度非常高、空气较低，土壤含水量的波动十分明显，在降雨发生后增加，降雨结束后快速降低，土壤含水量的全年最低值也出现在此时期。这是由于此期间内由于大气温度高湿度低，雨后太阳暴晒蒸发强烈，一部分降水被土壤截留之后来不及向下入渗补给洞穴滴水就受到了强烈的蒸发作用，从而降低了降水向下渗透的水量，导致洞穴内部滴水流量在这个阶段偏少并趋于断流。
C组期间降水总量239.8 mm，平均温度8.2 ℃。此期间气候转入旱季，降水减少，温度降低，空气湿度大，土壤含水量较高且变化平稳，土壤进入储水阶段（图4，图5c）。由于土壤对水体进行截留，使得降水对地下水的补给削弱滞后[25]，滴水流量在10月27日时依旧偏小，至11月28日才有所上升。此后在11月28日至12月30日期间降水量骤减，虽然外界温度低湿度大蒸发弱，少量的降水几乎全部被洞穴顶部覆盖的土壤吸收并存储，导致洞穴滴水无法得到补给，因此其流量在12月30日达到了整个监测期的最低值。此后，降水有少量增加但总量依然很少，大部分水体依然被土壤吸收存储，所以洞穴滴水流量有所上升但总体还是处于接近断流状态。
D组内（图5d）3月16日至4月3日期间降水量增加，温度较低，土壤含水量波动上升，再加上前期土壤对旱季降水的吸收和储存，土壤水较易超过截留量补给洞穴滴水，使得流量升高。之后随着降水量增加，温度回升，空气湿度波动下降，土壤含水量不再平稳并同样呈现波动下降态势，说明此期间蒸发作用再次增强，另外此阶段植物生长迅速根部大量吸收土壤水[28]，这些削弱了洞穴滴水的补给，使得洞穴滴水流量降低。
以上结果表明，洞穴上覆土壤会对大气降水产生较强的截留作用，8月下旬至10月中旬本是该地降水丰富的雨季，由于土壤对大气降水进行截留后，该时期强烈的蒸发作用极大程度地降低了土壤含水量，削弱了大气降水对洞穴滴水的有效补给。相应的，该地旱季的11月下旬至次年3月上旬，总体降水量小，虽然温度低，蒸发作用不明显，但少量降水几乎全部被土壤吸收储存，无法向洞穴内渗漏。因此，这两个时间段由于土壤对降水的截留作用都会使洞穴内部滴水容易出现断流现象，降低了清江洞滴水流量全年的稳定程度。
3.2 广顺洞与石将军洞洞穴滴水流量与各气象数据变化的关系
如图2a所示，广顺洞洞穴滴水流量随当地气候呈现雨季多旱季少的波动态势。在该地旱季的2021年11月至2022年4月，洞穴内部虽然处于一个水量相对较少的枯水期，但洞穴滴水未并发生断流现象。这是因为广顺洞顶部土壤瘠薄，并且其洞穴顶板含水层相对较薄，洞穴滴水可以相对较快的得到外部降水的补给，因此即使旱季只有少量降水，但降水到达洞穴顶部经过植被的部分截留后便直接进入到洞穴顶板含水层的裂隙中向洞穴内部渗漏，从而可以让洞穴滴水在旱季也可以得到少量水源补给，不易发生断流。该洞穴2022年1月和4月滴水点的电导率和饱和指数也证实了这一点（图3），由于降水事件发生后，入渗补给的降水与顶板含水层中储存的水混合从而发生稀释作用，导致这两个月滴水电导率降低，饱和指数降低，这说明该洞穴滴水对降水输入的响应比较敏感[29]。
受研究区气候的影响，石将军洞穴滴水流量虽然存在季节性变化，但总体来说波动很小（图2c）。即使在当地气候处于旱季，降水量极少的时期，洞穴滴水流量也较大。结合图1分析，石将军洞顶部土壤瘠薄，植被发育程度较差，覆盖率低，这些降低了土壤和植被对降水的截留，增大了降水向洞穴内部的入渗补给，并且其洞穴顶板厚度大，含水层蓄水能力极强，从而使得洞穴内部滴水的流量比较丰富，不易发生断流。
3.3 土地覆被对洞穴滴水水文特征的影响
如图6所示，三个洞穴的滴水流量都存在季节性变化，呈现雨季偏高旱季偏低的态势。根据各洞穴滴水流量在监测期内的平均值（表1），滴水流量的丰富程度为：石将军洞（1.185 mL·min−1）＞清江洞（0.600 mL·min−1）＞广顺洞（0.236 mL·min−1）。然而，清江洞滴水流量的Cv值为1.264，广顺洞为0.481，石将军洞为0.072，由于Cv值越大，表示数据的离散程度越大，因此3个洞穴滴水流量的稳定程度为：石将军洞＞广顺洞＞清江洞。由此可知，石将军洞滴水流量无论是丰富程度还是稳定程度都最好。清江洞滴水流量的丰富程度要强于广顺洞，由于其顶板厚度略大于广顺洞，加上清江洞滴水水化学随着降水事件发生后（图3），滴水电导率降低不明显（2022年5月）甚至升高（2022年4月），饱和指数整体升高，显示出一定的二氧化碳效应，表明清江洞滴水的调蓄能力优于广顺洞，但其在全年的稳定程度却低于广顺洞，发生断流的频率更高。结合图6分析，除了旱季易断流期外，在当地气候本属于雨季的8月到10月也存在一个易断流期，虽然该期降水总量较多，但大部分降水都集中于某几场次降雨，不同场次降雨间隔的时间较长，加上此时大气温度高湿度低，使得蒸发作用强烈，导致三个洞穴的滴水流量也都出现下降的趋势。此时期清江洞内的各滴水点是处于断流或者接近断流的状态，广顺洞与石将军洞的洞穴滴水却未出现断流现象（图6），这也正是因为清江洞顶部较广顺洞与石将军洞存在厚层土壤，降水到达清江洞顶部之后先滞留在了厚层土壤中，一部分降水来不及向洞穴内部入渗就因雨后的长时间暴晒而蒸发流失，从而使得清江洞洞穴滴水的全年稳定性最差。相应地，广顺洞与石将军洞在降水到达洞穴顶部之后由于没有土壤的截留吸收，降水较多的渗入顶板含水层并补给洞穴滴水，使得它们在面对8月到10月这个高温、强蒸发的易断流期的反应没有清江洞敏感，从而全年流量表现出更好的稳定性。
图 6 广顺洞、清江洞、石将军洞洞穴滴水流量的对比注：其中， QJ—6和SJ—5的滴水流量使用右侧的纵坐标轴。Figure 6. Comparisons of drip discharge rates between Guangshun cave, Qingjiang cave, and Shijiangjun caveNote: the drip discharge rates of QJ-6 and SJ-5 are shown by the vertical axis on the right.结合图1分析，广顺洞顶部植被以落叶阔叶林为主，而清江洞顶部植被多为灌木丛，不同的植被覆盖会影响降水向地下水的补给[30-31]，因此广顺洞顶部植被对降水截留应该比清江洞更强，但由于清江洞的土壤层厚且连续，使得植被覆盖好且含水层调蓄能力差的广顺洞的全年滴水稳定程度要高于清江洞，说明植被覆盖对于洞穴滴水流量的影响要小于土壤层覆盖这一因素。
此外，除了不同的土地覆被所产生的影响，对于土壤覆盖均较差的石将军洞和广顺洞而言，石将军洞的洞穴顶板厚度远大于广顺洞，上层顶板厚度大的洞穴一般可以储存的水体更多，这在降水向洞穴入渗的过程中起到了更好的调蓄作用，使得其滴水电导率和饱和指数呈现一定的季节性，且大多数滴水全年相对稳定。因此石将军洞中滴水流量的稳定程度更大，滴水的连续性会更强，很少出现断流的情况，甚至在当地气候旱季时，还会出现因洞穴顶板中储存水的调蓄作用使得个别滴水点流量随少量降水而增加的现象。
4. 结 论
（1）洞穴内部滴水流量会受到各气象因素的影响而存在季节性变化，呈现雨季偏大，旱季偏小的变化趋势。
（2）不同土地覆被会对岩溶区洞穴滴水的水文特征产生很大影响，尤其是有无土壤覆盖会使其季节性变化出现较大波动。土壤会对降水进行截留和存储，从而影响其对洞穴滴水的补给，使降水在补给洞穴滴水时产生一定滞后性，且在此期间土壤水分还可能受到蒸发与植物根部吸收的影响造成损耗，因此有土壤覆盖的岩溶洞穴内部在外界环境蒸发作用强烈和降水较少时更容易出现滴水断流的现象。
（3）不同的植被覆盖类型以及植被覆盖率对降水的截留效率不同，植被发育越好、覆盖率越高，对于降水补给洞穴滴水的影响越大，但植被类型以及覆盖率的不同对于洞穴滴水流量季节变化的影响程度要低于有无土壤覆盖对其产生的影响。
（4）洞穴顶板厚度会对洞穴滴水水文特征的季节性变化产生影响，洞穴顶板越厚，通常裂隙通道的路径越长，其对水体的储存能力越强，从而可以对洞穴滴水流量季节性变化起到良好的调节作用，使洞穴滴水常年保持稳定状态。
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图 1 清江洞、广顺洞、石将军洞的地理位置及顶部土地覆被
Figure 1. Geographical location and top land covers of Qingjiang cave, Guangshun cave, and Shijiangjun cave
图 2 广顺洞(a)、清江洞(b)、石将军洞(c)滴水流量及当地气象数据的季节变化
注：其中，图2（b）中QJ—6的滴水流量使用右侧的纵坐标轴，图2（c）中SJ—5的滴水流量使用右侧纵坐标轴。
Figure 2. Seasonal variations of drip discharge rates and meteorological data in Guangshun cave (a), Qingjiang cave (b), and Shijiangjun cave (c)
Note: the drip discharge rates of QJ-6 in Fig. 2 (b) are shown by the vertical axis on the right, and the drip discharge rates of SJ-5 in Fig. 2 (c) are shown by the vertical axis on the left.
图 3 广顺洞（a）、清江洞（b）、石将军洞（c）洞穴滴水电导率、饱和指数与降水的季节变化
Figure 3. Seasonal variations of drip conductivity, saturation index and precipitation in Gwangshun cave (a), Qingjiang cave (b) and Shijongjun cave (c)
图 4 清江洞土壤含水量和各气象数据季节变化
Figure 4. Seasonal variations of soil water content and meteorological data in Qingjiang cave
图 5 清江洞A组（a）、B组（b）、C组（c）、D（d）组土壤含水量、气象数据以及洞穴滴水流量季节变化
Figure 5. Seasonal variations of soil water content, meteorological data, and drip discharge rates in Groups A (a), B (b), C (c), and D (d) in Qingjiang cave
图 6 广顺洞、清江洞、石将军洞洞穴滴水流量的对比
注：其中， QJ—6和SJ—5的滴水流量使用右侧的纵坐标轴。
Figure 6. Comparisons of drip discharge rates between Guangshun cave, Qingjiang cave, and Shijiangjun cave
Note: the drip discharge rates of QJ-6 and SJ-5 are shown by the vertical axis on the right.
表 1 监测期内3个洞穴的滴水流量统计值
Table 1. Statistics of drip discharge rates in the three caves during the monitoring period
石将军 广顺 清江 日期 流量
/mL·min−1日期 流量
/mL·min−1日期 流量
/mL·min−12021/5/30 1.118 2021/5/30 0.411 2021/6/14 0.715 2021/6/27 1.163 2021/6/27 0.207 2021/7/19 1.882 2021/7/19 1.258 2021/7/19 0.399 2021/8/29 0.099 2021/8/28 1.363 2021/8/28 0.330 2021/9/21 0.074 2021/9/20 1.260 2021/9/20 0.195 2021/10/27 0.112 2021/10/30 1.109 2021/10/30 0.198 2021/11/28 0.237 2021/11/27 1.166 2021/11/27 0.132 2021/12/30 0.022 2021/12/30 1.156 2021/12/30 0.075 2022/1/23 0.156 2022/1/23 1.237 2022/1/23 0.063 2022/3/6 0.185 2022/3/5 1.105 2022/3/5 0.222 2022/4/3 2.320 2022/4/16 1.086 2022/4/16 0.216 2022/5/14 1.444 2022/5/14 1.228 2022/5/14 0.405 2022/6/18 0.440 2022/6/18 1.273 2022/6/18 0.243 2022/7/11 0.224 2022/7/16 1.073 2022/7/16 0.204 平均值 1.185 0.236 0.600 变差系数 Cv 0.072 0.481 1.264 
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表 2 清江洞基于土壤含水量曲线形态的分组
Table 2. Grouping based on the curve of soil water content in Qingjiang cave
分组 日期 平均温度/℃ 平均湿度/% 降水量/mm A 2021/6/14—2021/7/19 25.1 77% 108.5 B 2021/7/19—2021/10/9 24.9 72% 237.8 C 2021/10/9—2022/3/16 8.2 82% 239.8 D 2022/3/16—2022/7/11 18.9 79% 417.5
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