貴州深切峽谷區(qū)典型巖溶地下河水文水化學(xué)特征
——以貴州三塘地下河為例

陳旺光 ，曾 成 ，龔效宇 ，邰治欽 ，鄧俊祖 ，楊明星

（1.中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點實驗室, 貴州 貴陽 550081；2.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049；3.貴州師范大學(xué)喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心, 貴州 貴陽 550001；4.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院, 江西 南昌 330013；5.貴州理工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院, 貴州 貴陽 550003）

黔中水利樞紐是貴州省首個大型跨流域調(diào)水工程，是保障以貴陽和安順為中心的黔中地區(qū)水資源安全的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施。其水源工程——平寨水庫的區(qū)間流域面積占壩址以上總集雨面積的1/4，區(qū)內(nèi)深切峽谷型巖溶極為發(fā)育[1]。然而，由于本區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查及研究程度總體上較低，基礎(chǔ)性巖溶水文地質(zhì)資料缺乏，因此造成水庫運營后的調(diào)洪演算模型誤差較大，進而影響地表與地下水資源的聯(lián)合調(diào)度、科學(xué)管理及合理利用。為此，有針對性地開展了平寨水庫區(qū)間流域深切峽谷型巖溶發(fā)育規(guī)律的研究工作。

化學(xué)場、溫度場、同位素場和滲流場“四場”分析是巖溶水文地質(zhì)研究方法的重要組成部分。其中，水文水化學(xué)自動監(jiān)測技術(shù)的出現(xiàn)大大推動了巖溶水系統(tǒng)化學(xué)、溫度場論研究的進一步發(fā)展，并使巖溶含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)及巖溶水賦存特征的水化學(xué)解釋工作更具合理性[2-3]。2000年以后，利用水文水化學(xué)自動監(jiān)測技術(shù)對巖溶槽谷[4-5]、斷陷盆地[6]、峰叢洼地[7-9]和巖溶高原[10]等主要巖溶類型區(qū)典型地下水系統(tǒng)的化學(xué)動態(tài)研究取得了一系列有價值的新認(rèn)識。然而，這些研究雖然在一定程度上豐富了對中國南方巖溶水系統(tǒng)水文水化學(xué)動態(tài)特征的認(rèn)識，但是在巖溶含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)的水化學(xué)解釋方面仍略顯不足。

貴州省是中國西南巖溶區(qū)的核心，其巖溶地貌的突出特點是挽近期峽谷切割貴州巖溶高原面，形成特殊的深切峽谷型巖溶，該巖溶類型區(qū)內(nèi)的含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)與水循環(huán)特征有其特殊性。然而，深切峽谷型巖溶區(qū)地下水系統(tǒng)的水化學(xué)動態(tài)與含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系研究卻罕見相關(guān)報道。這對于烏江梯級水電開發(fā)，多座大中型水庫的科學(xué)管理與運營是不利的。鑒于此，對典型峽谷型巖溶水系統(tǒng)開展相關(guān)的水文地質(zhì)研究具有重要意義。

本文選擇貴州織金三塘地下河系統(tǒng)作為深切峽谷型巖溶水系統(tǒng)的典型進行研究。該地下河系統(tǒng)具有一定的研究基礎(chǔ)，因其匯水范圍內(nèi)分布有煤系地層，在煤炭資源的勘探開發(fā)過程中，有關(guān)含煤巖系的分布及煤層賦存規(guī)律[11]、三塘向斜北西翼的礦床水文地質(zhì)條件[12]、向斜單翼地下水順層徑流模式[13]等的地質(zhì)認(rèn)識較為清晰；巖溶水文地質(zhì)研究表明三塘地下河系統(tǒng)內(nèi)不同地貌單元的相對起伏度與巖溶含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)之間存在一定的數(shù)量關(guān)系[14-16]。然而，三塘地下河系統(tǒng)的水文水化學(xué)動態(tài)與含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)研究依然不足。為此，本文在該地下河系統(tǒng)開展了相關(guān)研究，以期為峽谷型巖溶地下河系統(tǒng)的水文水化學(xué)動態(tài)規(guī)律研究積累數(shù)據(jù)，并深化其水文地質(zhì)條件與巖溶模式的認(rèn)識。

1 研究區(qū)概況

黔中水利樞紐的水源工程——平寨水庫位于烏江南源三岔河中上游，地表庫容達10.89×108m3，屬大型水庫。水庫區(qū)間流域（即地表水庫達到正常蓄水位后從壩址到干流回水末端之間的流域）受烏江干支流的溯源下切，區(qū)內(nèi)峽谷地貌發(fā)育，為典型的深切峽谷型巖溶區(qū)（圖1）。三塘地下河是該水庫區(qū)間流域內(nèi)的一條重要支流，集水面積160.39 km2，位于畢節(jié)市織金縣三塘鎮(zhèn)境內(nèi)，屬濕潤亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，年平均氣溫14.46 °C，多年平均降雨量1 277 mm，豐水期為6—10月，枯水期為11月至次年2月。2018—2020年實測資料顯示三塘地下河最大流量為14.65 m3/s。

圖1 研究區(qū)地理位置（據(jù)文獻[16]綜合改編）Fig.1 Location map of the study area（modified from Ref.[16]）

三塘地下河系統(tǒng)處于黔中—黔西南巖溶峰林主體地貌類型區(qū)[15]，因受三岔河支流溯源侵蝕影響，多期巖溶地貌發(fā)育，巖溶地貌組合形態(tài)有峰叢—洼地、殘丘波地—巖溶盆地及巖溶峽谷等。該地下河系統(tǒng)由沿北東60°發(fā)育的三塘向斜蓄水構(gòu)造主控，自核部至兩翼地層依次出露三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組石灰?guī)r、夜郎組泥巖與砂巖；二疊系樂平統(tǒng)長興大隆組砂巖、泥巖、粉質(zhì)泥巖；龍?zhí)督M泥質(zhì)砂巖和煤系地層；僅在地下河出口處出露少量三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組薄層灰?guī)r（圖2）。流域內(nèi)地層中發(fā)育少量石膏夾層。

三塘地下河主要受大氣降水、向斜盆地周邊地表徑流補給。地下河干流大致沿NEE向延伸的向斜軸部發(fā)育，向斜北東翼三疊系下統(tǒng)夜郎組泥灰?guī)r與泥巖互層出露區(qū)多發(fā)育樹枝狀地表水系。地下水由北、東、南三面向位于向斜軸部的巖溶盆地側(cè)向匯流后，沿地下河干流大體自東向西徑流，最終在落處村以分散泄流的形式排泄（圖2）。

圖2 三塘地下河水文地質(zhì)簡圖（據(jù)文獻[17]修改）Fig.2 Hydrogeological sketch map of the Santang subterraneous river（modified from Ref.[17]）

2 研究方法

2.1 水文水化學(xué)自動監(jiān)測

水文水化學(xué)自動監(jiān)測儀由Campbell公司的數(shù)據(jù)采集器組裝而成，集成有壓力計、雨量筒、溫度計、pH值和電導(dǎo)率探頭，可分別自動記錄相對水位（H）、降雨量（P）、水溫（T）、pH值和電導(dǎo)率（EC）參數(shù)。測量精度值分別為0.2 cm、0.2 mm、0.01 °C、0.01和0.01 μS/cm，其中電導(dǎo)率自動補償至25 °C水溫時的值。自動監(jiān)測儀放置于三塘地下河分散式排泄出口下游能測量總流量的斷面處，監(jiān)測時段為2018年4月—2020年9月，巖溶水文水化學(xué)動態(tài)數(shù)據(jù)的采集時間間隔為30 min。

2.2 流量測算

地下河流量由LS45A型流速儀測算，并建立水位流量關(guān)系，用以將相對水位的自動記錄值換算為高時間分辨率的流量數(shù)據(jù)。

2.3 水樣采集與測試分析

水樣按月采集，其中雨水樣品以捕捉到的單場降雨為單位，每場降雨結(jié)束后采集。采用聚四氟乙烯采樣瓶（60 mL）在野外現(xiàn)場采集雨水與地下河水化學(xué)樣品，裝樣前先用水樣將采樣瓶潤洗3次，然后將采樣瓶裝滿水樣，蓋上瓶蓋的時候瓶內(nèi)盡量不留氣體。用于測試陽離子的水樣將在現(xiàn)場滴入濃硝酸并調(diào)節(jié)水樣的pH值小于2，再密封保存。測試水樣和雨水δD、δ18O的樣品在現(xiàn)場用封口膜對瓶蓋及瓶身做纏繞密封處理。所有樣品分類放置于4 °C冷藏室保存。室內(nèi)測試指標(biāo)主要有 F-、Cl-、和K+、Ca2+、Na+、Mg2+及δD、δ18O，由中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點實驗室測試分析。

為防止巖溶水中鈣離子（Ca2+）和碳酸氫根離子（）發(fā)生變化，2018年4月—2019年4月在每月底進行一次野外巡測，使用Merck公司的便攜式鈣離子和堿度滴定盒分別對Ca2+的質(zhì)量濃度和的物質(zhì)的量濃度進行現(xiàn)場滴定，精度分別為4 mg/L、0.1 mmol/L。

2.4 水化學(xué)連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的計算

建立Ca2+、的物質(zhì)的量濃度與EC的線性相關(guān)關(guān)系：mCa2+= (0.067 1EC+ 32.236)/40，R2=0.62；=0.004

利用以時間序列采集水樣的物理化學(xué)分析數(shù)據(jù)EC+0.745，R2=0.81以及巡測樣品的陰陽離子測試結(jié)果平均值（表1），利用PHREEQC軟件[7]批量計算出自動監(jiān)測過程中各時刻對應(yīng)的水中二氧化碳分壓（Pco2）和方解石飽和指數(shù)（SIC）：

表1 樣品主要離子濃度平均值Table 1 Average concentrations of the main ions in the water samples

式中：K1——的平衡常數(shù)；

KCO2——CO2的平衡常數(shù)；

[H+]——H+離子的摩爾活度。

式中：KC——方解石平衡常數(shù)

當(dāng)SIC=0時，溶液中方解石達到平衡狀態(tài)；SIC＞0時，溶液中方解石達到飽和狀態(tài)；SIC＜0時，溶液中方解石未飽和，還可以繼續(xù)溶解更多的方解石。

3 結(jié)果分析及討論

3.1 水化學(xué)特征分析

3.1.1 氫氧穩(wěn)定同位素特征

圖3為三塘地下河系統(tǒng)出口處巖溶水與當(dāng)?shù)卮髿饨邓臍溲醴€(wěn)定同位素曲線圖。當(dāng)?shù)卮髿饨邓€（LMWL）的方程為δD=8.18δ18O+9.21；地下水樣品的δD分布范圍為-70‰～-60‰，δ18O分布范圍為-10‰～-8‰。地下水樣品的氫氧穩(wěn)定同位素值基本上分布于全球大氣降水線[18]：GMWL，δD=8δ18O+10和當(dāng)?shù)卮髿饨邓€附近，這也表明三塘地下河系統(tǒng)的地下水主要受大氣降水補給，為山區(qū)雨源型的地下河系統(tǒng)。

圖3 三塘地下河水與當(dāng)?shù)卮髿饨邓臍溲醴€(wěn)定同位素關(guān)系Fig.3 Relationship between stable hydrogen and oxygen isotopes in the Santang groundwater and local atmospheric precipitation

三塘地下河出口處地下水中的主要離子為Ca2+、其質(zhì)量濃度范圍分別為32.68～59.62 mg/L、97.6～158.6 mg/L、24.16～62.06 mg/L（圖4）。

圖4 研究區(qū)地下水主要離子質(zhì)量濃度分布Fig.4 Mass concentration distribution of the major ions in groundwater in the study area

Piper三線圖可以直觀反映地下水化學(xué)特征、類型和主導(dǎo)的巖石風(fēng)化端元。為此，將三塘地下河水的主要化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)繪制于Piper三線圖中。由圖5可見，在不同時間采集的地下河水主要化學(xué)組分的數(shù)據(jù)點相對集中地分布于菱形左側(cè)的鈍角頂點偏右上附近，提示碳酸鹽硬度超過了50%，河水中陽離子以Ca2+為主，陰離子以為主，其次是，水化學(xué)類型為HCO3·SO4—Ca型水。

圖5 研究區(qū)piper圖Fig.5 Piper diagram of the water samples in the study area

圖6 研究區(qū)主要離子毫克當(dāng)量濃度關(guān)系Fig.6 Equivalent concentration relationship of the major ions in the study area

3.2 水文水化學(xué)動態(tài)特征分析

以流量、溫度、電導(dǎo)率、pH值、二氧化碳分壓和方解石飽和指數(shù)作為監(jiān)測指標(biāo)，從年、月、日3 種時間尺度對三塘地下河出口巖溶水的動態(tài)進行分析。

3.2.1 年尺度

受濕潤亞熱帶季風(fēng)氣候年變化的影響，三塘地下河的水文水化學(xué)動態(tài)呈現(xiàn)較為明顯的年周期變化特點（圖7）。雨熱同期的氣候使得流量和水溫顯示夏秋雨季高、冬春旱季低的特征。流量對降水響應(yīng)迅速，陡漲陡落的峰值明顯。水溫呈現(xiàn)長周期變化模式，變幅僅為2～5 °C。電導(dǎo)率不但受流域內(nèi)地表覆被CO2效應(yīng)和稀釋效應(yīng)的控制，而且受到地層巖性的控制。由于三塘地下河流域內(nèi)廣泛分布的三疊系碳酸鹽巖地層中多夾有膏鹽層。在枯水期時，當(dāng)?shù)貙又蟹植嫉母帑}遇水發(fā)生兩相溶解時，隨水-巖相互作用時間的延長，水中Ca2+和濃度不斷升高；豐水期電導(dǎo)率的降低主要是因為稀釋效應(yīng)，即降雨對膏鹽溶濾產(chǎn)物Ca2+和子的稀釋部分抵消了由地表覆被CO2效應(yīng)導(dǎo)致的Ca2+和濃度的增加效應(yīng)，最終綜合表現(xiàn)為地下水中特征性離子濃度降低。

圖7 年尺度三塘地下河出口的水文水化學(xué)動態(tài)Fig.7 Hydrological and hydrochemical regime at the outlet of the Santang subterraneous river on the annual time scale

Pco2呈現(xiàn)3—5月平水期較高、6—10月豐水期較低、11月至次年2月枯水期居中的整體趨勢（圖7）。pH值和SIC的變化趨勢正好與之相反。在平水期，Pco2的波動顯著，變化幅度較大，顯示次降雨事件雖然能在一定程度上造成稀釋現(xiàn)象，但是不足以壓制地表覆被的CO2效應(yīng)。然而在豐水期，Pco2的波動幅度變小，且整體降低，表明當(dāng)降雨的強度與頻度都增加時，盡管氣溫上升導(dǎo)致覆被CO2效應(yīng)增加，但效果被雨水的稀釋效應(yīng)顯著削弱?？偟膩碚f，在年尺度上覆被CO2效應(yīng)和降雨稀釋效應(yīng)控制著豐、平、枯三期的Pco2變化規(guī)律。

3.2.2 月尺度

本文選取2020年5月和6月作為三塘地下河系統(tǒng)水文水化學(xué)月動態(tài)的分析時段（圖8），并且這一時段正好為平水期與豐水期的過渡階段，具有較為顯著的水文地質(zhì)意義。

圖8 月尺度三塘地下河出口的水文水化學(xué)動態(tài)Fig.8 Hydrological and hydrochemical regime at the outlet of the Santang subterraneous river on the monthly time scale

2020年5月期間由于以無效降雨為主，因此流量無明顯變化。水溫、pH值、Pco2和SIC呈顯著的日周期變化。電導(dǎo)率的均值為377 μS/cm?？傮w呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，并且基本上沒有明顯的峰值變化。其主要原因是天氣逐漸轉(zhuǎn)暖，地表覆被的CO2濃度逐漸升高，并且缺乏有效降雨所致的稀釋效應(yīng)，因此巖溶水系統(tǒng)中的覆被CO2效應(yīng)強于稀釋效應(yīng)，最終三塘地下河水的電導(dǎo)率出現(xiàn)上升趨勢。

2020年6月正式進入汛期，暴雨事件頻發(fā)，流量波動顯著。受降雨的影響，水溫、pH值、Pco2和SIC指標(biāo)的晝夜變化規(guī)律消失。相對于5月，電導(dǎo)率有所降低，其均值為346 μS/cm，并且電導(dǎo)率總體上逐漸降低，這主要是因為豐水期更強的稀釋作用。在電導(dǎo)率曲線變化的細(xì)節(jié)上，常出現(xiàn)降雨后電導(dǎo)率先升高后降低，其原因是在降雨事件發(fā)生的初期，大氣降水快速轉(zhuǎn)入巖溶管道系統(tǒng)，然后將下游巖溶管道、溶蝕裂隙中的老水推出巖溶地下河系統(tǒng)，導(dǎo)致電導(dǎo)率先暫時升高，之后，大氣降水的稀釋效應(yīng)占主導(dǎo)作用，地下河出口的電導(dǎo)率降低。豐水期強烈的稀釋效應(yīng)和覆被CO2效應(yīng)交替影響著電導(dǎo)率的變化。

3.2.3 日尺度

以沒有降雨事件發(fā)生的2018年12月26—30日作為三塘地下河系統(tǒng)的水文水化學(xué)日動態(tài)分析期（圖9）。由于在此期間之前的一段時間沒有發(fā)生降雨事件，地下河出口流量處于自然衰減狀態(tài)，因此以這一時段作為三塘地下河系統(tǒng)的日動態(tài)分析期較為理想。

圖9 無雨條件日尺度上的三塘地下河出口水文水化學(xué)動態(tài)Fig.9 Hydrological and hydrochemical regime at the outlet of the Santang subterraneous river on the daily time scale without rainfall

由圖9可見在短時間尺度下，地下河水的電導(dǎo)率和Pco2表現(xiàn)出晝低夜高的日周期性變化特點，并且電導(dǎo)率和Pco2的峰值滯后于水溫峰值約12 h。在冬季，由于氣溫總體偏低，由環(huán)境氣象要素的日周期變化導(dǎo)致的覆被CO2效應(yīng)較弱。考慮到水溫的極大值點和電導(dǎo)率與Pco2的極小值點的相位差較小，可知在旱季時三塘地下河出口的水化學(xué)動態(tài)主要由徑流—排泄通道的開放效應(yīng)控制。

3.3 討論

水化學(xué)特征分析結(jié)果表明該巖溶地下河系統(tǒng)為雨源型地下河系統(tǒng)。流量具有顯著的季節(jié)性變化特點，對有效降雨事件的響應(yīng)敏感，并且變幅極大，顯示出具有中國南方巖溶區(qū)域水流系統(tǒng)補給區(qū)的共性特征。

從年、月、日3種時間尺度上分析三塘地下河出口的水文水化學(xué)動態(tài)，結(jié)果表明該巖溶地下河系統(tǒng)的水化學(xué)動態(tài)不但受覆被CO2效應(yīng)和有效降雨稀釋效應(yīng)的控制，而且還受到徑流—排泄通道開放效應(yīng)的制約。Pco2呈現(xiàn)平水期較高、豐水期較低的相對變化，該特征表明土壤CO2效應(yīng)控制著地下河系統(tǒng)年尺度的水化學(xué)變化規(guī)律。在月時間尺度上，土壤CO2效應(yīng)使水中Pco2與電導(dǎo)率2 個指標(biāo)在平水期要高于以雨水稀釋效應(yīng)為主的豐水期。在枯水期，日尺度上，水溫、電導(dǎo)率、pH值、Pco2和SIC指標(biāo)都表現(xiàn)出顯著的正弦式日動態(tài)變化，各曲線極值點間的相位差強烈提示該地下河系統(tǒng)的水化學(xué)動態(tài)受到徑流—排泄通道開放效應(yīng)的影響。

由水文地質(zhì)測繪發(fā)現(xiàn)三塘地下河不為集中排泄，并沒有明顯的暗河出口，地下水以泄流的方式在山前崩積物中分散排泄，逐漸匯流成下游地表河。該地下河系統(tǒng)內(nèi)的排泄區(qū)不但發(fā)育有深切峽谷狀的地表明河，而且在排泄主通道上多發(fā)育有直接與外界環(huán)境相連的巖溶井等巖溶形態(tài)，并且在流域的中上游也發(fā)育有地表河（圖2）。因此，三塘地下河屬于地表與地下水系相互轉(zhuǎn)化密切型的巖溶地下河系統(tǒng)，其徑流與排泄通道的環(huán)境開放性較強。

與巖溶溪流和鈣華池因水生生物活動和環(huán)境溫度所致的水化學(xué)日動態(tài)[20-21]不同，傳統(tǒng)意義上的巖溶水化學(xué)日動態(tài)指的是由覆被CO2濃度的日周期變化驅(qū)動的，多發(fā)生于表層巖溶泉[22]，其顯著特點是在平水期泉水的Pco2、電導(dǎo)率的曲線變化形態(tài)和氣溫（或水溫）的曲線相似，并且僅有極小的相位差?？菟诘娜恋叵潞?，Pco2和電導(dǎo)率日動態(tài)變化曲線與水溫曲線的相位差可達12 h。結(jié)合該地下河系統(tǒng)較好的徑流與排泄通道的環(huán)境開放性，可以推知其在旱季的水化學(xué)動態(tài)變化受覆被CO2效應(yīng)的控制較弱，受徑流—排泄通道開放效應(yīng)的控制較強。

在以往研究中，有關(guān)巖溶地下河出口水化學(xué)晝夜動態(tài)變化的報道較為零星，僅見章程等[23]在廣西融水縣大良鎮(zhèn)官村地下河出口及其下游河段于豐水期8月開展的巖溶水生物地球化學(xué)過程研究，高分辨率的水文地球化學(xué)監(jiān)測顯示地下河出口巖溶水的溫度、pH值和溶解氧指標(biāo)幾乎不變，然而該研究側(cè)重于地下河出口下游的地表河中的生物地球化學(xué)過程，并未對巖溶地下河本身的水文地質(zhì)條件及不同季節(jié)的水化學(xué)動態(tài)展開研究與討論。此外，大部分有關(guān)巖溶地下河系統(tǒng)的高分辨率水文水化學(xué)自動監(jiān)測研究多集中于暴雨期的水化學(xué)動態(tài)分析[4,24-25]，并未對平水期和枯水期水化學(xué)日動態(tài)的巖溶水文地質(zhì)意義進行剖析。

此外，前人曾通過微分方程數(shù)學(xué)推導(dǎo)[26-28]、室內(nèi)物理模型模擬及數(shù)值計算等方法[29]發(fā)現(xiàn)巖溶多重介質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)差異會影響巖溶泉流量的衰減速率，進一步深化了最早由前南斯拉夫提出的有關(guān)巖溶含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)與流量衰減系數(shù)之間存在一定數(shù)量關(guān)系的認(rèn)識[30]。已有研究表明，三塘地下河系統(tǒng)受三岔河深切峽谷溯源侵蝕的影響，不同巖溶地貌單元內(nèi)的地面起伏度差異明顯，由流量衰減分析可將地下河系統(tǒng)的含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)分為3個級次，其中管道型和溶蝕裂縫型的蓄水空間約占40%，與流域內(nèi)高起伏度的峰叢-洼地組合地貌的分布面積比例相近，提示巖溶地貌與含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)之間具有一定的數(shù)量關(guān)系，并且該地下河系統(tǒng)第一亞動態(tài)溶洞水的占比達9.4%[14]，明顯高于相對起伏度較低的黔中溶丘高原的普定后寨河（3.0%）[31-32]、湘南—桂北巖溶丘陵區(qū)的石期河（4.5%）與鄂西香溪河霧龍洞（4.8%）[33-34]等地下河系統(tǒng)的值。其原因是受深切峽谷支流溯源侵蝕的影響，三塘地下河系統(tǒng)發(fā)生巖溶地貌回春，排泄區(qū)內(nèi)的水力坡度反常增大，原有的溶洞規(guī)模被擴大，并產(chǎn)生大量的洞穴頂板垮塌，徑流—排泄區(qū)的開放性提高，最終造成流量衰減系數(shù)和水化學(xué)日動態(tài)與其它類型巖溶水系統(tǒng)的差異。由此可見，徑流—排泄通道開放效應(yīng)的識別，可為日后在巖溶水系統(tǒng)模型化研究中判斷巖溶管道的承壓狀態(tài)提供水化學(xué)方面的依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）氫氧穩(wěn)定同位素指標(biāo)顯示三塘地下河系統(tǒng)以大氣降水補給為主，屬于典型的中國南方雨源型地下河系統(tǒng)。

（2）三塘地下河水中的溶解性總固體變化范圍為130～200 mg/L，屬低礦化度巖溶水。受地下河流域內(nèi)三疊系夾膏鹽碳酸鹽巖地層巖性的控制，水中的主要離子為Ca2+、和分別占陽離子和陰離子毫克當(dāng)量總數(shù)的70%～80%、60%～80%和20%～40%，屬HCO3·SO4—Ca型水。

（3）三塘地下河的水化學(xué)動態(tài)主要受流域覆被CO2效應(yīng)、有效降雨稀釋效應(yīng)和徑流—排泄通道開放性效應(yīng)三者的控制。在不同的時間尺度上和大氣降水條件下，水化學(xué)動態(tài)的總體變化特征有明顯差異，并且起主控作用的效應(yīng)也有所不同。水溫在年尺度上呈夏季高和冬季低的變化規(guī)律，日尺度上呈晝高夜低的變化規(guī)律。電導(dǎo)率和水中CO2分壓的動態(tài)變化規(guī)律為在覆被CO2效應(yīng)與稀釋效應(yīng)的共同作用下，總體上呈現(xiàn)平水期較高豐水期較低的年變化規(guī)律；月尺度下，降雨初期可見明顯的覆被CO2效應(yīng)，降雨后則為有效降雨的稀釋效應(yīng)主控；在旱季無雨條件下的日尺度上，由徑流—排泄通道的開放效應(yīng)主控。

（4）結(jié)合已有流量衰減分析的結(jié)果，枯水期的水化學(xué)日動態(tài)特征可以在一定程度上反映巖溶含水介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征。徑流—排泄通道開放效應(yīng)的識別，可為今后在巖溶水系統(tǒng)模型化研究中判斷巖溶管道的承壓狀態(tài)提供水化學(xué)方面的依據(jù)。