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《中国地质科学院》 2009年
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湿亚热带岩溶系统水文水化学对不同土地利用的响应研究

曾成  
【摘要】:岩溶地区环境容量低,是一种同沙漠边缘一样的脆弱环境区。中国幅员辽阔,地貌类型多样,其中以碳酸盐岩为主的岩溶地区面积广大,特别是以云贵高原为中心的湿亚热带岩溶连片分布区—西南岩溶区最为重要,不合理的土地利用将会造成岩溶区土地退化,发生石漠化现象等严重问题,这些问题将制约中国西南社会经济发展和人类生存。为此,中国政府有关部门,对西南湿亚热带岩溶区出现的石漠化现象进行监测与治理。然而,在岩溶石漠化监测与治理中由于对岩溶动力系统运行规律,特别是CO2、水、土、温度等与人类生存条件有密切联系的运行规律缺乏足够认识,以致于石漠化监测指标体系与方法不是很完善。岩溶动力系统中的水,不但是岩溶动力系统的枢纽,而且通过它与生物圈、人类活动、大气圈联系,使它们积极参与岩溶作用,为此,研究不同土地利用下湿亚热带岩溶水系统水文水化学的响应有着重要的意义。 本文以此为题,选择了贵州省三个湿亚热带岩溶试验点进行研究,研究点为土地利用程度较高的普定县陈旗、灯盏河岩溶泉系统,以及原始森林覆盖下的荔波县板寨岩溶地下河系统,通过研究得出如下结论: (1)陈旗、灯盏河岩溶泉系统与板寨地下河系统为闭合系统,汇水面积分别为:陈旗1.3187km2,灯盏河2.8247 km2,板寨19.3043km2,补给来源主要为大气降水。其中陈旗、灯盏河岩溶泉系统内的土地利用程度较高,并发生一定程度的土质为主坡地的石漠化现象。板寨岩溶地下河系统内主要为喀斯特原始森林,人类的活动仅局限于洼地、谷地底部较平坦地区的水田耕作,而石质为主坡地未出现石漠化现象。 (2)陈旗、灯盏河与板寨岩溶水系统的最枯径流模数都在同一数量级上,表明原始森林覆盖良好但土壤较少的岩溶水系统其枯季径流量并没有显著高于有土壤覆盖并发生一定程度石漠化现象的岩溶水系统,说明裸岩喀斯特森林调节枯水期径流的作用是有限的,同时说明土壤在调节水文过程中的重要性值得特别关注。 (3)通过暴雨条件下岩溶水系统水化学过程变化和岩溶地下水流量衰减分析,推得陈旗、灯盏河与板寨岩溶水系统以管道流为主。可以根据岩溶泉水中CO2的变化情况推断陈旗、灯盏河的水田垂直渗透率较低。通过场雨的分析,得出裸岩喀斯特原始森林配合森林滞留泉子系统具有巨大的截留效应,而土地利用程度较高土质岩溶区,当植被被破坏并代之以农业用地以后,其系统蓄水容量将减小。 (4)利用小波分析方法,对季节尺度上陈旗、灯盏河与板寨岩溶水系统集中排泄点的水化学日动态强度进行了分析,研究表明不同土地利用条件下岩溶水系统排泄点水化学日动态强度有所不同,表现为有土壤覆盖的但土地利用程度较高的岩溶水系统,其排泄点水化学指标中Pco2日动态强度要高于植被覆盖良好但岩石裸露系统排泄点的强度。说明岩溶水系统中土壤有着关键的作用,这间接说明了应加强石漠化评定标准的研究,区分土质为主石漠化和石质为主石漠化的重要性。 (5)结合由水文地质调查、水化学动态变化解释、枯季流量衰减分析得出所研究区是以管道流为主的岩溶水系统后,通过地理信息系统平台,统计出土地利用程度较高的陈旗、灯盏河岩溶泉系统的下垫面参数,将这些参数带入分布式水文模型—SWMM模型中,对模型进行了率定、检验,结果显示其确定性系数基本在0.75以上,模型有效。该模型考虑了土地利用状况,在一定程度上可以反映不同土地利用下岩溶水系统水文水化学响应。最后,利用该模型,以陈旗岩溶泉为例,调整了土地利用参数,模拟了退耕还林后的情景,发现该岩溶水系统的排泄总量有所减少,洪峰有所消减。
【学位授予单位】:中国地质科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P641.134

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