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岩溶地貌具有独特的二元水文结构,地下水的动态变化与地表水关系密切,地表水与地下水的相互转化迅速,水源易漏失,地下水分布不均匀,很薄或缺乏土壤层的覆盖,使得对地表水的过滤作用、净化作用相当弱,导致地下水文系统十分脆弱,极易遭受人类活动的干扰。尤其在较偏远的山区和农业区,岩溶地下水作为当地居民的生活生产用水,其水资源问题更为重要。
重庆市青木关地下河系统流域是西南岩溶槽谷区典型的地下河,以农业活动为主,内建有部分采石厂和废弃的煤窑。地下河下游出口姜家泉为附近居民生活供水的重要水源之一,其水质好坏直接关系到居民的健康状况。本研究对青木关流域地下水动态特征、影响因素和硝酸盐和硫酸盐污染来源进行分析研究,进一步深入了解地下水的变化特征及其时空变化规律,为地下水的开发利用和治理提供依据。
本文采用野外采样、现场测试、水化学和同位素实验分析相结合的方法,对青木关地下河流域的地表水、地下水进行连续取样分析,取样过程从2010年4月持续至2011年5月(1次/月)。现场测试内容包括水温(T)、电导率(Ec)、pH值和Ca2+、HCO3-等实测值。实验室分析包括主要阳离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+;主要阴离子HCO3-、NO3-、SO42-、Cl-。通过以上分析,得出青木关地下河的全年化学变化特征。研究区处于农业区,因此本文对于农业施肥期(5月底到6月初)进行了加密监测。分析在短时间尺度上,农业活动对岩溶地下水质的变化规律及其影响作用。本文分析了青木关地下河系统流域的碳、氮、硫、锶同位索特征,利用同位素方法和水化学分析方法,研究分析自然因素与人为因素对地下水质的影响。
最后,本文得出以下结论:青木关地下河流域地下水质具有明显的季节变化特征;在农忙季节,地下河出口姜家泉的水质受人类活动的影响输入比较强烈,水体易遭受污染:在枯水期,地下水主要受中下游侧向补给和裂隙补给,水质变化的主导因素是水岩作用。
通过δ13CDIC研究分析,碳同位素总体变化范围较大,其实测值与理论计算值较吻合。5-6月施肥期地下水的δ3CDIC实测值在-8.17‰～9.70‰之间,平均为-9.25‰,7月至次年2月份(枯季)地下水δ13CDIC实测值在-11.59℃～-13.68‰之间,平均为-12.13‰,比较不同水文季节地下水中的δ13CDIC,5-6月农耕期较枯水期时的δ13CDIC明显偏正,说明在农耕期地下水中的δ13CDIC会明显受到硫酸和硝酸的影响。通过87Sr/86Sr研究分析,锶同位素变化范围较小,主要集中在0.708～0.710之间,地下河出口姜家泉的87Sr/86Sr比值变化范围为0.70836～0.70910。上游水田与岩口落水洞有相近的锶离子浓度和87Sr/86Sr比值,说明同属地表水的水田与岩口的水为相同来源,受到了化肥的污染。地下河水δ15NNO3值可以证明青木关地下河水受到了人类活动的影响,地下河水出口姜家泉δ15NNO3总体上表现为雨季较低,其硝态氮主要来自矿化的土壤有机氮,但是期间受强降雨影响,硝态氮也可能部分来自农田中残留的化肥,而在旱季,地下河硝态氮来源为土壤有机氮和污水或粪肥的混合。通过δ34S研究分析青木关地下河水系统中地表水水田和地下河水入口岩口的SO42-浓度均值分别为63.03mg/L和67.60mg/L,δ34S均值分别为9.95‰和8.97‰,指示其硫酸盐可能来自化肥或污水等人为输入,也可能部分来自大气降水。地下河出口姜家泉的SO42-浓度均值为63.22mg/L,δ34S均值为7.76960,指示其硫酸盐主要来自大气降水和人为输入的混合。