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岩溶水系统在中国西南地区占有重要地位。由于岩溶系统具有通畅的溶隙、落水洞、地下河,使岩溶水系统同大气降水、山坡水、河流、湖泊、甚至海洋有密切关系。岩溶水系统这种与地表间的密切联系,使得岩溶地下水更容易受到人类活动影响。已有的研究表明西南地区地下河面临着严重的污染问题。由中国科学院院士袁道先牵头承担的“西南岩溶石山地区重大环境地质问题及对策研究”整理出阶段性成果。调查结果让人震惊:西南岩溶区水环境问题呈现污染源多样化,污染由点向面发展,有机污染与无机污染并存等特点,岩溶区3066条地下河面临城市生活、工业以及农业多重污染的挑战,正受到变为排污下水道的实际威胁。本文在该环境背景下选取了典型岩溶区广西桂林寨底,研究其内部钓岩、水牛厄、东究、东究桥、小浮、响水岩和寨底这7个研究点的地下水水化学的变化规律,分析水化学变化趋势和研究其影响因素和影响强度。通过大量阅读文献、野外调查和水化学的分析得到以下结论:
(1)寨底地下河总出口处地下水中和Ca2+、Mg2+、HCO3-含量年变化趋势表现为逐渐升高的趋势。主要原因是地下水中PCO2表现逐渐升高和降雨量逐渐减少的趋势。Na+的含量表现为明显升高的趋势。NO3-含量为明显降低的趋势。地下水中Cu、Pb、Zn、Cd、Co、Ni、Mn、Hg、Cr、As这10种重金属元素中Ni、Mn含量比较高,同时重金属离子的检出率,逐年降低。地下水类型为HCO3-Ca型。
(2)从2008年至2010年寨底地下河总出口处地下水中各离子的含量对降雨的响应不同,连续几个月每月累计月降雨量都大于100mm的情况下,Ca2+和HCO3-含量就会达到一个低值点。旱季Ca2+和HCO3-含量大于雨季,K+和Na+以及Cl-的含量在第四个季度比前三个季度要高。
(3)在寨底地下河处进行暴雨动态监测,分析发现地下水中各离子对降雨的响应是不同的。在水位的变化过程中Na+含量逐渐降低而Cl-含量逐渐升高。Ca2+、SO42-和Mg2+含量的最低值分别出现在水位达到最大值后的6个小时、10个小时和8个小时。HCO3-的含量与水位的变化过程有很好的对应关系,HCO3-含量最低值时水位是最高值。在降雨的过程中Ca2+含量对Mg2+的含量有抑制作用.
(4)通过因子分析和相关性分析可知寨底地下水化学受三种因子影响。因子1不仅代表水岩因素,与人类活动强度负相关,人类活动强度代表交通用地、住宅地、园地、工矿用地。因子1的影响强度依次为:小浮、钓岩、东究、寨底、响水岩、水牛厄、东究。因子2受土壤CO2含量有关。灌木林多,水域少的地方土壤CO2含量就高。因子2对地下水的影响强度依次为小浮、东究桥、钓岩、响水岩、寨底、水牛厄、东究。因子3代表人类活动,人类活动因素与旱地、有林地和草地面积所占的比例呈明显的负相关,与其他林地和工矿用地的面积所占的比例呈由正相关。因子3的得分排序为:钓岩、水牛厄、响水岩、小浮、寨底、东究、东究桥。