桂江流域水化學(xué)與巖溶碳匯動(dòng)態(tài)變化特征.pdf

1、河流的地球化學(xué)研究可以獲得流域盆地化學(xué)風(fēng)化及上地殼的平均化學(xué)和同位素組成。近30年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)河流水化學(xué)進(jìn)行了較為廣泛和深入的研究。然而目前為止，對(duì)整個(gè)桂江流域水化學(xué)的研究相對(duì)較少，僅見(jiàn)的一些對(duì)桂江流域水化學(xué)的研究也僅僅是針對(duì)桂江流域內(nèi)部的個(gè)別小流域，對(duì)桂江流域總體水化學(xué)的研究較少，且不夠深入。通過(guò)對(duì)整個(gè)桂江流域水化學(xué)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，研究流域水化學(xué)在時(shí)間和空間上的變化特征，為本流域水資源開(kāi)發(fā)保護(hù)利用提供科學(xué)依據(jù)。
　　 本文選取桂

2、江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，在充分調(diào)查和掌握研究區(qū)的氣候、地質(zhì)與地貌等資料和前人研究成果的基礎(chǔ)上，分別于2012年4月9～16日，7月16～20日,10月11～15日和2013年1月14～18日在桂江流域采集水樣，進(jìn)行為期一個(gè)完整水文年的觀測(cè)采樣分析，本文通過(guò)對(duì)干流和各支流的水化學(xué)進(jìn)行測(cè)試分析，研究流域水化學(xué)空間變化特征及影響因素;此外在2011年9月份～2012年9月份期間，通過(guò)對(duì)桂江流域進(jìn)行完整水文年的巖溶碳匯研究來(lái)探尋河流中HCO3-及其碳

3、匯通量變化過(guò)程及規(guī)律。本研究在桂江流域干支流共設(shè)定了15個(gè)取樣點(diǎn)，使用德國(guó)WTW公司Multi340i便攜式水質(zhì)多參數(shù)分析儀，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定采樣點(diǎn)河水的pH、水溫(T)、電導(dǎo)率(EC)等水化學(xué)參數(shù)。運(yùn)用PHREEQC水文地球化學(xué)軟件來(lái)計(jì)算河水的方解石飽和指數(shù)(SIc)。陽(yáng)離子(K+、Na+、Ca2+和Mg2+)用戴安ICS1500離子色譜儀分析，陰離子(SO42-、NO3-和Cl-)用萬(wàn)通MIC離子色譜儀分析。
　　 通過(guò)水化學(xué)—徑流

4、法可以計(jì)算流域的巖溶碳匯量，但不同學(xué)者對(duì)河流碳匯的研究結(jié)果差異較大，其中很大原因在于對(duì)河流洪水研究比較少。研究發(fā)現(xiàn)河流洪水過(guò)程中的碳匯量很大，洪水中雖然HCO3-的濃度可能會(huì)因稀釋效應(yīng)有所降低，但是流量卻是成倍數(shù)的增加。在小流域的巖溶地下河和巖溶泉，由于實(shí)現(xiàn)了高分辨率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所以有較為精確的研究。但是對(duì)處于巖溶區(qū)大中型流域的地表河而言，由于水位的漲落及其管理不便等不利條件的限制，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器難以運(yùn)用，因此對(duì)巖溶區(qū)較大河流高精度的研究

5、還較少。已有的少量研究由于采樣頻率低，不能很好的反映出河流水化學(xué)及巖溶碳匯的動(dòng)態(tài)變化情況。因此，有必要對(duì)巖溶區(qū)河流洪水碳匯動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行高頻率監(jiān)測(cè)，以探尋河流洪水過(guò)程中HCO3-及其碳匯變化過(guò)程及規(guī)律，對(duì)準(zhǔn)確估算巖溶碳匯具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 我們分別于2012年的5月8日12時(shí)～17日12時(shí)，7月6日12時(shí)～13日12時(shí)和12月3日12時(shí)～10日12時(shí)，在陽(yáng)朔水文站對(duì)漓江進(jìn)行了洪水期、平水期和枯水期的高頻率晝夜監(jiān)測(cè)，其

6、中洪水期河水流量變化較大，進(jìn)行一個(gè)小時(shí)一次的監(jiān)測(cè)，平水期和枯水期則是兩個(gè)小時(shí)一次的監(jiān)測(cè)，采樣點(diǎn)位于河流中心水面下0.5m處。
　　 通過(guò)以上研究，得出以下主要結(jié)論:
　　 1、桂江流域的河流水溫介于9.5～30℃，平均值為20.9℃;pH值介于6.32～8.87，平均值為7.61;由于巖性的差異，EC變化在18～379μS/cm之間，平均值為170μS/cm;SIc變化范圍為-4.04～0.98，平均值為-0.74。桂江

7、的水化學(xué)類型以HCO3-Ca型水為主，陰離子以HCO3-為主，平均占陰離子的79％;陽(yáng)離子以Ca2+為主，平均占陽(yáng)離子的75％。
　　 2、桂江流域河水的主離子變化在流域范圍上表現(xiàn)出一定的特征，由于中游石灰?guī)r等碳酸鹽巖分布廣泛，C2+、Mg2+、HCO3-和SIc相似，總體呈現(xiàn)中游高上下游低的特點(diǎn)。由于工農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響，SO42-和NO3-在桂江流域上游和中游的部分支流相對(duì)較高。Cl-、Na+和K+則中下游較高，可能是由于大氣降

8、水和下游砂頁(yè)巖的影響造成。
　　 3、桂江流域河水主離子在四季也表現(xiàn)出一定的變化特征:冬季河水的離子含量最高，秋季和春季其次，夏季河水離子濃度則是最低的。河水里面出現(xiàn)這種離子季節(jié)差異的現(xiàn)象主要是由于夏季降水較多，河流中溶解的主離子被大量雨水稀釋，冬季則相反，降水較少，因此冬季河水里面的離子濃度最高。
　　 4、通過(guò)在不同時(shí)期對(duì)漓江進(jìn)行的高頻率晝夜監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)巖溶碳匯具有不同的變化特征:在洪水期間由于降雨較多，可能會(huì)出現(xiàn)幾次

9、洪峰，HCO3-也可能會(huì)因?yàn)橄♂屝?yīng)和擴(kuò)散邊界層效應(yīng)等因素影響而變化波動(dòng);平水期和枯水期的變化較為相似，由于下雨較少，所以流量變化沒(méi)有洪水期變化大，HCO3-日變化表現(xiàn)為白天低夜晚高，多日動(dòng)態(tài)變化則表現(xiàn)為主要受稀釋效應(yīng)影響。
　　 5、通過(guò)不同時(shí)期碳匯與流量及HCO3-的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)碳匯與流量的相關(guān)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳匯與HCO3-的相關(guān)性，說(shuō)明影響河流碳匯的首要影響因素是流量，而不是HCO3-，因此需要加強(qiáng)對(duì)流量的監(jiān)測(cè)。