桂林毛村地下河水质评价

蒋　然,朱小平,梁志宏,雷列辉, 刘艺斯

(珠江水利委员会珠江水利科学研究院,广东 广州　510000)



桂林毛村地下河水质评价

蒋然,朱小平,梁志宏,雷列辉, 刘艺斯

(珠江水利委员会珠江水利科学研究院,广东 广州510000)

地下河;氨氮;总磷;水质评价;桂林毛村

岩溶系统作为一种脆弱的陆地生态系统,其资源环境问题越来越受到人们的广泛关注。地下河是南方岩溶地下水赋存、运动的重要场所,也是当地群众生产、生活的主要水源,中国南方岩溶水天然资源量为1 874亿m3/a[1]。广西壮族自治区地下河发育规模大,全区地下河有604条,岩溶地下水资源占全区地下水资源的66%[2]。在岩溶农业区,化肥、农家肥的密集使用以及化粪池污水、工厂废水等的任意排放,致使岩溶区地下水受到氮磷等营养盐污染的可能性增大。岩溶含水层一旦受到污染,其修复比非岩溶区更加困难,不仅经济投入巨大,技术上也有难度,时间周期也很长,给人类安全利用地下水带来严重隐患。因此,对地下河水体的氮磷变化及其污染源进行分析对于供水安全和下游河流保护有重要重义。

1　研究区概况

毛村地下河流域位于桂林市东南的灵川县潮田乡,距桂林市区30 km。地下河出口在毛村,经纬坐标为N25°11′38″,E110°31′35″,高程为178 m。地下河所在地属中亚热带季风气候,气候温和,降水充沛,年平均气温18.6℃,年均降雨量1 980 mm。受季风活动影响,降雨量的年内分配不均。一般雨季从3月开始到8月结束,最大的降雨量连续出现在4—7月,9月到次年2月一般为枯季。

毛村地下河流域土地利用类型主要有水稻田、林地、果园、灌丛、居民用地等。其中,水稻田主要分布在地下河上游汇水区的山湾、打谷坪、掌山底一带，洼地内耕地面积约0.45 km2；果园一般分布在取水条件较好的洼地或洼地边缘,种植白果、柑橘、沙田柚等果树；林地主要分布在补给区位置较高的砂页岩分布区；在地下河出口处为峰丛洼地与峰林平原交界,主要分布有水稻田及菜地。研究区内除零星分布开采方解石矿外,没有其他工矿企业分布[7]。毛村地下河流域土地利用现状[4]见图1。

图1　毛村地下河流域土地利用现状

毛村地下河系统的补给来源包括内源补给与外源补给,内源补给主要是来自岩溶区的降水,外源补给有两个来源:①小龙背地表河水经过一段距离的地表明流进入岩溶区地下管道由扁岩汇入;②磨刀江水流经岩溶区地下管道在社更岩汇入。这两股水与来源于白云岩地区的背地坪岩溶水在掌山底汇合后进入地下管道,流经穿岩、小岩,明流与暗河相间,流经大岩前,最终在毛村地下河出口排出(图1)。地下河长约5.1 km,流域面积约11.2 km2,其中碳酸盐面积与非碳酸盐岩面积分别为7.6 km2和3.6 km2。

2　研究方法

3　结果与讨论

3.1氮磷浓度随季节变化趋势

图2　毛村地下河出口处的降雨量(2014年12月—2015年5月)

图3　毛村地下河出口处的-N和TP变化(2014年12月—2015年7月)

图4　桂林毛村地下河水文地质简图及采样布点[7]

3.2氮磷空间分布

在2015年4月对毛村河流域布点和汇入的潮田河进行采样分析,采样点分布见图4。选点布设方案如下:在毛村河的两个外源之一的小龙背河选两个点:老龙水和扁岩(汇入地下管道前);在外源之一的磨刀江经由地下管道汇入的明流选两点:社更岩和山湾;在内源补给的背地坪岩溶水出露处背地坪选点;在三股水汇合后进入地下管道,流经大岩前及最终的毛村地下河出口选点。

图5　毛村地下河流域水质指标空间分布

3.3降雨效应与氮磷浓度变化分析

图6　小雨期间-N和TP质量浓度变化趋势

图7　中雨期间-N和TP质量浓度变化趋势

图8　大雨期间的降雨量变化(2015年4月18日—20日)

图9　大雨期间的-N与TP质量浓度变化

4　结　论

b. 毛村地下河流域TN的浓度呈现出从上游至下游逐渐升高,流经岩溶洼地的采样点TN和NO3-N有明显的上升趋势,经过洼地的大岩前采样点和毛村出口的TN超过地表水水质Ⅴ类标准,TP达到地表水质Ⅱ类标准，CODMn达地下水Ⅱ类标准。

c. 在小雨和中雨期间,与无雨条件相比氮磷浓度波动规律无明显变化,说明农业施肥和生活污水对地下河水质影响途径除了集中降雨之外,存在着岩溶地下管道直接流入。

e. 毛村河地下水整体水质较好,土地利用方式及生活污水排放导致水体受氮素污染的风险较大,须做好农业面源污染防治及农村生活污水处理,避免下游的重要河流漓江遭受污染风险。

[1] 袁道先.对南方岩溶石山地区地下水资源及生态环境地质调查的一些意见[J].中国岩溶,2000,19(2):103-108.(YUAN Daoxian.Aspects on the new round land and resources survey in karst rock desertification areas of south China[J].Carsologica Sinica,2000,19(2):103-108.(in Chinese))

[2] 广西地方志编纂委员会,广西通志(岩溶志)[M].南宁:广西人民出版社,2000.

[3] 唐伟,裴建国,殷建军,等.桂林毛村岩溶地下河二十多年来的水质演化趋势研究[J].中国岩溶,2010,29(3):331-335.(TANG Wei,PEI Jianguo,YIN Jianjun,et al.Water quality evolution tendency in Maocun karst underground river in Guilin for the past more than 20 years[J].Carsologica Sinica,2010,29(3):331-335.(in Chinese))

[5]王开然,郭芳,姜光辉,等.桂林峰林平原区岩溶含水层氮污染空间分布特征[J].环境科学研究,2013,26(3):281-283.(WANG Kairan,GUO Fang,JIANG Guanghui,et al.Spatial distribution of nitrogen contamination in karst aquifer in Guilin peak forest plain[J].Research of Environmental Sciences,2013,26(3): 281-286.(in Chinese))

[6] 蔡文静,常春平,宋帅,等.德州地区地下水中磷的空间分布特征及来源分析[J].中国生态农业学报,2013,21(4):456-462.(CAI Wenjing,CHANG Chunping,SONG Shuai,et al.Spatial distribution and sources of groundwater phosphorus in Dezhou Region[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2013,21(4):456-462.(in Chinese))

[7] 黄芬,唐伟,汪进良,等.外源水对岩溶碳汇的影响:以桂林毛村地下河为例[J].中国岩溶,2011,30(4):417-420.(HUANG Fen,TANG Wei,WANG Jinliang,et al.The influence of allo-genic water on karst carbon sink:a case study in the Maocun Subterranean River in Guilin[J].Carsologica Sinica,2011,30(4):417-420.(in Chinese))

[8] JUSSY J H,COLIN-BELGRAND M,DAMBRINE E,et al.N deposition,N transformation and N leaching in acid forest soils[J].Biogeochemistry,2004,69:241-262.

Water quality evaluation in subterranean river at Maocun Village in Guilin

JIANG Ran, ZHU Xiaoping, LIANG Zhihong, LEI Liehui, LIU Yisi

(PearlRiverHydraulicResearchInstitute,PearlRiverWaterResourcesCommission,Guangzhou510000,China)

In order to determine the nitrogen and phosphorus levels and sources in the subterranean river at Maocun Village in Guilin, an automatic water quality monitor was located at the outlet of the river, and sampling sites were set up simultaneously in the river basin according to the river distribution. The results show that ammonia nitrogen in 63.4% of the samples exceeded the grade II level prescribed by theQualityStandardforGroundwater(GB/T14848—93), and total phosphorus reached the grade II level prescribed by theQualityStandardforSurfaceWater(GB3838—2002). There was no significant relationship between the concentrations of nitrogen and phosphorus and dry (or wet) seasons. The concentrations of total nitrogen and nitrate nitrogen gradually increased from upstream to downstream in the Maocun subterranean river basin. The total nitrogen in the Dayanqian sampling site and the subterranean river’s outlet exceeded the grade V level from theQualityStandardforSurfaceWater, while other indices reached the grade II level. Through comparison of real-time dynamic changes of ammonia nitrogen and total phosphorus in different rainfall conditions, it can be found that there was no visible change of the concentrations of nitrogen and phosphorus during the periods with light and moderate rain, indicating that agricultural fertilizers and domestic sewage can affect the water quality of subterranean rivers not only by means of concentrated rainfall, but also by flowing into the rivers through Karst underground pipelines. The concentration of total phosphorus reached 23.5 μg/L, which was the instantaneeusly highest concentration during heavy rain, and ammonia nitrogen carried and diluted by rainfall was not stable due to soil erosion caused by concentrated rainfall.

subterranean river; ammonia nitrogen; total phosphorus; water quality evaluation; Maocun Village in Guilin

10.3880/j.issn.1004-6933.2016.05.017

水利部引进国际先进农业科学技术计划(948项目)(201413)

蒋然(1974—),女,博士,主要从事水生态评价研究。E-mail:458750084@qq.com

X523

A

1004-6933(2016)05-0085-06

2015-10-10编辑：徐娟)