亚高山旅游景区岩溶地下水水质演化特征及其机制研究

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岩溶地下水是岩溶区重要的水资源之一。岩溶地下水系统对外部环境变化响应敏感,人类活动和外部环境造成的微小变动都会对其产生影响。随着社会经济的进步,旅游活动日益成为一项大众化的休闲娱乐活动。旅游活动发生时,往往历时短、强度大,不合理的旅游活动势必会对脆弱的岩溶水文系统造成影响。研究旅游活动对岩溶地下水的影响,对预防岩溶地下水污染和及时制定污染防治措施,以及合理开展旅游活动,实现生态经济的可持续发展具有重要作用,兼具理论意义和现实意义。本研究选取亚高山旅游景区重庆金佛山水房泉为研究对象,通过对比2008年、2016年不同水文年水房泉共有理化组分(包括物理指标水温、pH、DO、SpC等和化学指标HCO3-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、PO43-、Cl-、NO3-、SO42-等)浓度的年际变化状况,以及2016年新增水化学参数(包括微量元素Ba、Sr、Fe、Mn、Si和氢氧稳定同位素)浓度的年内波动特征,运用各理化组分浓度增降比例和地球化学敏感性指数计算等方法,识别出地下水各理化组分的来源和受影响过程,揭示旅游活动影响下岩溶地下水水质演变特征及其机制。得出结果如下:(1)旅游活动排放的污水中含有微生物所需的有机质,微生物对有机质的分解会排放CO2。微生物作用产生的CO2和自然环境中的CO2共同构成了地下水的CO2来源,其浓度变化是造成2008年至2016年地下水中HCO3-、Ca2+、Mg2+等碳酸盐岩溶蚀物浓度上升的主要因素,贡献率达81.15%;同时,旅游活动排放的污水中还含有致酸成分,这些成分在地下水中发生化学反应会生成硝酸和硫酸等污染物,而该类污染物浓度变化也会导致地下水碳酸盐岩溶蚀速度产生相应变化,其对HCO3-、Ca2+、Mg2+等酸性污染物浓度上升的贡献率为18.15%,远低于CO2。(2)景区内产生的餐饮污水未经处理直接排入地下,造成水房泉中Cl-、NO3-上升幅度最高,浓度增幅分别达到了80.53%和64.93%,水化学类型从2008年的Ca-HCO3型向2016年的Ca-HCO3·Cl·NO3型演变,水质趋向恶化。而住宿污水通过2013年景区新建化粪池的沉淀降解后再排入地下,又降低了水房泉中K+、Na+、PO43-等浓度,在一定程度上减轻了水房泉的污染状况。(3)由于旅游高峰期和非高峰期的游客量差距逐渐缩小,故2016年地下水水文地球化学敏感指数普遍低于2008年,显示旅游活动对地下水的影响强度变低,但影响时间变长。此外,2008年水房泉各理化组分的敏感性指数大小与当量浓度大小基本一致,而2016年却较为混乱,这可能表明研究区地下水系统稳定性遭到了破坏。(4)2016年水房泉微量元素具有明显的月变化和季节变化特征,旱季平均浓度低于雨季。微量元素浓度主要受水-岩相互作用、土壤淋滤下渗和稀释效应共同影响,其中水-岩相互作用是影响微量元素浓度变化的主要因素,方差贡献率占51.8%。(5)水房泉泉域内各注水点与泉口之间的距离短,水力联系强,大气降水可以快速补给地下水。低温天气时大气降水中的氢氧稳定同位素受云下二次蒸发的影响微弱,当降水强度过大时,地下水中的同位素可以完全继承大气降水同位素信息。结合旅游高峰期内地下水的δ18O-δD值,得到水房泉水线方程(δD=3.09δ18O-27.19,R2=0.3)的斜率、截距和δ18O-δD相关性系数远低于当地大气降水线和区内地下水水线;去除旅游高峰期δ18O-δD值后,得到水房泉水线方程(δD=4.72δ18O-13.10,R2=0.77)的斜率、截距和δ18O-δD相关性系数十分接近于区内地下水水线,反映了旅游活动高峰期间旅游活动排放的污水深刻地改变了地下水的氢氧稳定同位素信息。
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