重庆老龙洞岩溶地下水化学特征及影响因素

蓝家程, 孙玉川, 胡 宁

(1. 贵州师范大学喀斯特研究院，贵州 贵阳 550001; 2. 贵州师范大学国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心，贵州 贵阳 550001; 3. 岩溶环境重庆市重点实验室，重庆 400715; 4. 西南大学地理科学学院，重庆 400715; 5. 河南省新乡市地震局，河南 新乡 453000 )

图1 采样点位置及水文地质

岩溶地区由于独特的“二元”水文地质结构[1]，土层浅薄，污染质容易通过落水洞、岩溶裂隙等进入地下水系统，具有特殊的脆弱性。岩溶地下水水文地球化学受地质背景、降水等自然因素及人为因素的影响[2-3]，导致地下河水质随时空变化。随着岩溶区的农业生产、旅游发展、城市扩张，其地下水水质不断恶化。人类活动对岩溶地下水水质演变、水文地球化学特征及污染物迁移转化的影响受到越来越多的关注，揭示不同尺度、不同人类活动对岩溶地下水的影响成为岩溶学和水文地质学研究的热点问题。这些研究集中于：①不同自然条件和人类活动影响下岩溶地下水系统地球化学敏感性研究[4-6]，研究表明岩溶地下水地球化学对人类活动非常敏感，人类活动越强，其敏性感越明显；②不同尺度和人类活动对岩溶地下水水化学的影响，表现为降雨尺度、月尺度、年尺度和长时间尺度条件下，不同人类活动影响下岩溶地下水水文地球化学变化、污染组分动态变化、地下水来源及运移路径变化[7-14]。本文基于月尺度水化学数据，利用统计学方法分析重庆老龙洞地下水水化学特征，并探讨地下水水化学组成的影响因素，旨在为地下水污染防治提供科学依据。

1 研究区概况及分析测试方法

1.1 研究区概况

研究区老龙洞地下河流域位于重庆市区东南面南岸区与巴南区境内，东经29°32′30″，北纬106°37′30″，为典型的岩溶地下河流域。区内海拔为350～685 m，为亚热带湿润气候，年均降雨量为1 100 mm，降雨主要集中在4—9月，年均气温为18.7°C。区内植被主要为亚热带常绿阔叶林，土壤为黄壤和石灰土。区域整体地貌类型为背斜低山，老龙洞地下河流域位于南山岩溶槽谷核部，沿背斜轴部南北纵向发育，流域内碳酸盐岩面积约11 km2，主要出露三叠系地层。

流域面积约为12.6 km2，其中居民建设用地约占1/3(4.2 km2)，厂矿用地约为2.5 km2，农业用地约为2 km2，其余为林地及在建地。地下河上游排放的生活污水通过落水洞直接进入到地下河系统。流域内污水主要来自于黄桷垭城镇污水和流域内企业、学校及居民点污水。排放的污水几乎未经处理，直接排入农田和菜地或落水洞，进而污染地下水。随着城镇化发展，农地被占用，建设用地有扩大趋势，流域内的地下水将遭受更为严重的污染威胁。研究区域内桂花湾泉上覆主要为林地和重庆邮电大学宿舍区，土层较厚；赵家院子泉上覆主要为菜地、居民建筑地及山上的林地；老龙洞地下河为管道系统，沿途广泛分布落水洞、岩溶洼地，岩溶裂隙发育，地下河总长约6 km，其出口常流量为50～80 L/s。污水取样点位于黄桷垭镇南部污水渠道内。

1.2 采样与分析测试方法

用SPPS17.0统计分析软件进行描述性统计和单因素方差分析(ONE-WAY ANOVA)。

2 结果与讨论

2.1 水化学类型

图2 研究区水化学Piper图(单位：%)

2.2 水化学特征

表1 水化学分析结果

注：同列平均值数据后表不同小写字母者表示差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)，相同字母表示差异不显著(P>0.05)。

2.3 水化学影响因素分析

2.3.1 地质背景及水岩作用控制

(1)

式(1)中，0

Mg2+

图3取样点主要水化学指标对比

图4 老龙洞地下河流域地下水Mg2+、Ca2+浓度关系

近年来的研究表明，硫酸和硝酸会参与溶蚀碳酸盐岩[19-21]。方解石的溶解可形成碳酸盐矿物的溶解[22-23]。其主要溶解方程式为

(2)

(3)

图5 老龙洞地下水中(Ca2+Mg2+)与浓度关系

2.3.2 人类活动的影响

3 结 论

致谢：西南大学地理科学学院袁道先院士领导的团队对本论文工作给予了支持和帮助，在此表示感谢！

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