不同时间尺度喀斯特小流域溪流水文水化学特征

通过野外定位监测和室内测试分析,研究了典型喀斯特峰丛洼地小流域2013年6月—2014年3月期间溪流不同时间尺度(昼夜、次降雨、季节)主要水文水化学指标的动态变化特征及其影响因素.结果表明: 日尺度无雨条件下,溪流水化学过程表现出明显的波动规律,植物光合作用和呼吸作用在昼夜间的相互转换是导致这种变化的主要原因;次降雨尺度下,溪流水文水化学过程的日尺度效应被掩盖,水文水化学过程主要受控于前期无雨天数和降雨强度;从季节尺度看,溪流对降雨表现出较快的响应,雨季响应快于旱季,降雨季节分配差异和温度是影响溪流水文水化学变化的主要因素.     

喀斯特坡地基岩起伏对土壤剖面水分格局的影响

研究了喀斯特地区典型坡地3条人工开挖样沟(投影长21 m、宽1 m)的岩土结构特征、土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量沿坡面向下的变化趋势,探讨了喀斯特坡地基岩起伏对土壤水分格局的影响.结果表明: 喀斯特坡地地表地形与基岩地形不一致,基岩深度变异系数最大为82%,基岩起伏较大.基岩起伏程度明显影响到土壤剖面水分分布格局: 基岩起伏较小时,土壤含水量呈上坡位至下坡位逐渐增加的趋势,且土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度相关性均不显著;基岩起伏越大,土壤含水量沿坡向下线性增加的趋势越不明显,土壤水分空间连续性越差,基岩凹陷、裂隙处土壤含水量较高,土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度呈极显著正相关,但后者对基岩起伏的响应更明显.     

桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土水文特征

综合运用传统水文学、氢氧稳定同位素和原位模拟降雨等方法,研究了桂西北白云岩坡地典型土体构型石灰土微区(2 m×1.2 m)土壤水文功能.白云岩峰丛坡地沿坡向下表现出通体砂、上壤下砂、通体壤、上黏下砂4种典型石灰土土链格局,所有构型土体微区地表稳定入渗速率高达41～48 mm·h^-1,地表径流少,且表现为蓄满产流,壤中流和深层渗漏是重要水文过程;壤中流依据土壤发生层层次分为A、C层壤中流,对于A层壤中流,通体砂、上黏下砂以及上壤下砂构型土体微区以基质流为主,通体壤构型土体表现为优先流;对于C层壤中流,所有构型土体微区均表现为优先流特征.白云岩坡地土壤连续分布,虽土层浅薄但仍表现出沿坡向下的土链格局,不同土体构型土壤水文性质的差异主要体现在地表以下各界面产流过程,研究证实该区土壤水文功能的研究应具备三维立体视角,发展更加侧重地下水文过程观测和研究的新方法,才能全面揭示喀斯特坡地近地表水文过程.     

西南喀斯特白云岩坡地土壤-表层岩溶带结构及水文特征

表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区域,具有重要的水文调蓄功能,但岩溶发育程度对表层岩溶带水文特征的影响还不明晰。本研究采用地球物理勘探和水文地质钻探技术,结合水分和水位动态监测,量化坡地岩溶发育和水文特征,解析土壤-表层岩溶带对降雨的响应规律。结果表明: 地球物理勘探可以较好地运用到岩溶区关键带结构的探测,坡地土壤和表层岩溶带厚度平均值分别小于0.63和2.60 m。岩溶化程度强的坡地视电阻率较高,节理裂隙发育且渗透性强(0.73 m·d^-1);表层岩溶带对降雨的调节能力更强,表现为土壤水分变化具有较大的降雨阈值(＞20.50 mm·d^-1)和由降雨量主导的水位变化过程。岩溶发育程度弱的坡地视电阻率低且渗透性弱(0.07 m·d^-1);水分和水位变化对降雨的响应迅速,同时,局部(240～300 cm深度)发育岩溶管道,渗透系数达432 m·d^-1,在极端降雨事件(暴雨/大暴雨)过程中观察到明显的优先流特征,相邻洼地遭受洪涝的风险更大。该结果有助于进一步深化西南喀斯特地区水资源调控、管理及生态水文研究。     

喀斯特灌丛坡地土壤-表层岩溶带产流及氮素流失特征

喀斯特二元结构发育,地表水大量漏失,养分表现出快速流失的特点,然而养分流失的途径和机制尚不清楚.本研究从喀斯特关键带三维空间的视角,通过监测喀斯特灌丛坡地雨季典型降雨产流和氮素流失特征,基于氢氧稳定同位素技术对主要水文路径“新旧水”比例进行划分,并探讨氮素流失的主要途径和机制.结果表明:深层渗漏和壤中流是喀斯特灌丛坡地主要水文路径,两者分别占降雨量的71%和9%,地表径流仅占2%;深层渗漏、壤中流均以“旧水”为主,“旧水”比例分别为85%、61%;硝态氮浓度在深层渗漏中最高(1.97 mg·L^-1),铵态氮浓度在壤中流中最高(1.18 mg·L^-1),深层渗漏对氮素流失的贡献率达89.4%,显著高于地表径流和壤中流;“旧水”比例与硝态氮、铵态氮浓度和流失总量均表现出显著正相关关系,“旧水”可能是喀斯特坡地土壤-表层岩溶带系统携带氮素迁移的主要介质.以上研究能够为西南喀斯特地区坡地水资源合理配置和养分流失阻控技术研发提供理论支撑.