论文部分内容阅读
河流的地球化学研究可以获得流域盆地化学风化及上地壳的平均化学和同位素组成。近30年来,我国学者对河流水化学进行了较为广泛和深入的研究。然而目前为止,对整个桂江流域水化学的研究相对较少,仅见的一些对桂江流域水化学的研究也仅仅是针对桂江流域内部的个别小流域,对桂江流域总体水化学的研究较少,且不够深入。通过对整个桂江流域水化学进行的监测,研究流域水化学在时间和空间上的变化特征,为本流域水资源开发保护利用提供科学依据。本文选取桂江流域为研究区域,在充分调查和掌握研究区的气候、地质与地貌等资料和前人研究成果的基础上,分别于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样,进行为期一个完整水文年的观测采样分析,本文通过对干流和各支流的水化学进行测试分析,研究流域水化学空间变化特征及影响因素；此外在2011年9月份-2012年9月份期间,通过对桂江流域进行完整水文年的岩溶碳汇研究来探寻河流中HC03-及其碳汇通量变化过程及规律。本研究在桂江流域干支流共设定了15个取样点,使用德国WTW公司Multi340i便携式水质多参数分析仪,现场测定采样点河水的pH、水温(T)、电导率(EC)等水化学参数。运用PHREEQC水文地球化学软件来计算河水的方解石饱和指数(SIc)。阳离子(K+、Na+、Ca2+和Mg2+)用戴安ICS1500离子色谱仪分析,阴离子(SO42-、NO3-和C1-)用万通MIC离子色谱仪分析。通过水化学—径流法可以计算流域的岩溶碳汇量,但不同学者对河流碳汇的研究结果差异较大,其中很大原因在于对河流洪水研究比较少。研究发现河流洪水过程中的碳汇量很大,洪水中虽然HCO3-的浓度可能会因稀释效应有所降低,但是流量却是成倍数的增加。在小流域的岩溶地下河和岩溶泉,由于实现了高分辨率实时监测,所以有较为精确的研究。但是对处于岩溶区大中型流域的地表河而言,由于水位的涨落及其管理不便等不利条件的限制,自动化监测仪器难以运用,因此对岩溶区较大河流高精度的研究还较少。已有的少量研究由于采样频率低,不能很好的反映出河流水化学及岩溶碳汇的动态变化情况。因此,有必要对岩溶区河流洪水碳汇动态变化进行高频率监测,以探寻河流洪水过程中HCO3-及其碳汇变化过程及规律,对准确估算岩溶碳汇具有重要的理论和现实意义。我们分别于2012年的5月8日12时～17日12时,7月6日12时～13日12时和12月3日12时-10日12时,在阳朔水文站对漓江进行了洪水期、平水期和枯水期的高频率昼夜监测,其中洪水期河水流量变化较大,进行一个小时一次的监测,平水期和枯水期则是两个小时一次的监测,采样点位于河流中心水面下0.5m处。通过以上研究,得出以下主要结论：1、桂江流域的河流水温介于9.5～30℃,平均值为20.9℃；pH值介于6.32～8.87,平均值为7.61；由于岩性的差异,EC变化在18～379μS/cm之间,平均值为170μS/cm;SIc变化范围为-4.04～0.98,平均值为-0.74。桂江的水化学类型以HCO3-Ca型水为主,阴离子以HCO3-为主,平均占阴离子的79%；阳离子以Ca2+为主,平均占阳离子的75%。2、桂江流域河水的主离子变化在流域范围上表现出一定的特征,由于中游石灰岩等碳酸盐岩分布广泛,Ca2+、Mg2+、HCO3和SIc相似,总体呈现中游高上下游低的特点。由于工农业活动的影响,S042-和NO3-在桂江流域上游和中游的部分支流相对较高。Cl-、Na+和K+则中下游较高,可能是由于大气降水和下游砂页岩的影响造成。3、桂江流域河水主离子在四季也表现出一定的变化特征：冬季河水的离子含量最高,秋季和春季其次,夏季河水离子浓度则是最低的。河水里面出现这种离子季节差异的现象主要是由于夏季降水较多,河流中溶解的主离子被大量雨水稀释,冬季则相反,降水较少,因此冬季河水里面的离子浓度最高。4、通过在不同时期对漓江进行的高频率昼夜监测,发现岩溶碳汇具有不同的变化特征：在洪水期间由于降雨较多,可能会出现几次洪峰,HCO3-也可能会因为稀释效应和扩散边界层效应等因素影响而变化波动；平水期和枯水期的变化较为相似,由于下雨较少,所以流量变化没有洪水期变化大,HCO3-日变化表现为白天低夜晚高,多日动态变化则表现为主要受稀释效应影响。5、通过不同时期碳汇与流量及HCO3-的相关性分析,发现碳汇与流量的相关性远远高于碳汇与HCO3-的相关性,说明影响河流碳汇的首要影响因素是流量,而不是HCO3-,因此需要加强对流量的监测。6、通过对桂江流域2011年9月-2012年9月一个完整水文年的监测,发现秋季和冬季的HCO3-平均值大于春季和夏季,冬季最高,夏季最低。流量的变化与HCO3-相反,在春季和夏季较高,秋季和冬季较低。岩溶碳汇量总体表现出春季和夏季较高,冬季和秋季较低的特点。经过origin软件积分计算,得出桂江流域(昭平断面)的全年碳汇量约为13253tC。