地下水应急水源地,岩溶水,水文地球化学,时空演变,主控因素,湖南湘潭 ," /> 地下水应急水源地,岩溶水,水文地球化学,时空演变,主控因素,湖南湘潭 ,"/> emergency groundwater source,karst groundwater,hydrogeochemistry, spatio-temporal evolution,main controlling factors,Xiangtan, Hunan Province ,"/> <p class="pf0"> <span class="cf0">湖南湘潭河西地区近20年岩溶水化学时空演变</span>及其影响因素

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (4): 1269-1287.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240188

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

湖南湘潭河西地区近20年岩溶水化学时空演变及其影响因素

黄树春1, 2,李洪涛3,邓波1, 王丹4, 张高华1   

  1. 1. 湖南省自然资源事务中心,长沙 410000

    2. 洞庭湖区生态环境遥感监测湖南省重点实验室,长沙 410000

    3. 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059

    4 .湖南工程职业技术学院自然资源学院,长沙 410151

  • 收稿日期:2024-08-12 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-08-05
  • 通讯作者: 李洪涛(1996—),男,博士研究生,主要从事地下水资源、环境水文地质方面的研究,E-mail: 1129209796@qq.com
  • 作者简介:黄树春(1980—),男,高级工程师,硕士,主要从事地下水资源、国土空间生态修复方面的研究,E-mail: 31375244@qq.com
  • 基金资助:

    湖南省自然资源厅科技计划项目(2020-30);四川省科技厅重点研发项目(2022YFN0025)

Hydrochemistry and Its Driving Factors in Hexi Area, Xiangtan, Hunan Province over the Past Two Decades

Huang Shuchun1,2, Li Hongtao3, Deng Bo1, Wang Dan4, Zhang Gaohua1   

  1. 1. Hunan Natural Resources Affairs Center, Changsha 410000, China

    2. Dongting Lake Ecological Environment Remote Sensing Monitoring Key Laboratory of Hunan Province, Changsha 410000, China

    3. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironmental Protection (Chengdu University of Technology),

    Chengdu 610059, China

    4. School of Natural Resources, Hunan Vocational College of Engineering, Changsha 410151, China

  • Received:2024-08-12 Online:2025-07-26 Published:2025-08-05
  • Supported by:

    the Science and Technology Project of Hunan Provincial Department of Natural Resources (2020-30) and the Key R&D Project of Sichuan Provincial Department of Science and Technology (2022YFN0025)

摘要:

河西地区是湖南省湘潭市主要地下水应急水源地,保障着城区供水安全需求。识别供水水化学成分在气候变化和人类活动长期影响下的时空演变过程,对当地地下水资源开发利用、污染管控具有重要的现实指导意义。为了定量揭示岩溶水化学在降水条件和人类活动长期控制下的演变过程,以及我国南方岩溶区水文地球化学时空分布及演变规律,本文基于研究区在2002—2021年间国家地下水水质监测数据,运用多元统计分析、地质统计学分析及Piper图、Gibbs模型、主要离子比值等水化学分析方法,分析区内岩溶水化学时空变化规律及影响因素。结果表明:研究区岩溶水化学在空间上具有水平分带性,可分为Ⅰ和Ⅱ水化学区,沿岩溶水总体流向Ⅰ区至Ⅱ区水化学组分表现“正向增加”;岩溶水化学组分浓度在近20年时间尺度上变化具有阶段性,总体表现为“平稳—上升—下降—平稳”的演变过程,关键时间节点为2007、2011和2017年;岩溶水化学空间差异主要受人类活动影响,一方面农业面源污染和城区生活污水经地表入渗进入含水层,使部分组分浓度升高,另一方面人工开采地下水改变局部岩溶水流场,使区域水化学组分沿岩溶水总体流向呈“反向变化”特征;岩溶水化学在年度时间尺度上演变过程受年降水量变化的影响,影响时间可追溯至2—3年前。

关键词: 地下水应急水源地')">

地下水应急水源地, 岩溶水, 水文地球化学, 时空演变, 主控因素, 湖南湘潭

Abstract:

The Hexi area is the main emergency groundwater source for Xiangtan City, Hunan Province, ensuring the urban water supply safety demand. Identifying the spatio-temporal evolution process of water supply hydrochemical components under the long-term influence of climate change and human activities has important practical guiding significance for the local development and utilization of groundwater resources and pollution control. In order to quantitatively reveal the evolution processes of karst hydrochemistry under long-term controls of precipitation and human activities, as well as the spatio-temporal distribution and evolution patterns of hydrogeochemical characteristics in the karst areas of Southern China, this study applies multivariate statistical analysis, geostatistical analysis, hydrochemical methods,and Piper diagrams, Gibbs models, and major ion ratios to analyze the spatio-temporal variation patterns and influencing factors of karst hydrochemistry in the study area, based on national groundwater quality monitoring data (2002—2021). The results show that: The karst hydrochemistry in the study area exhibits horizontal zonation in space, which can be divided into Hydrochemical Zone Ⅰ and Hydrochemical Zone Ⅱ. Along the overall flow direction of karst water from Zone Ⅰ to Zone Ⅱ, the hydrochemical components show a “positive increase”. The concentration of karst water chemical components has shown a phased change on the annual time scale over the past 20 years, with the overall evolution process being “stationary-rising-declining-stationary”. The key time nodes are 2007, 2011, and 2017. The spatial differences in karst hydrochemistry are mainly influenced by human activities. On the one hand, agricultural non-point source pollution and urban domestic sewage enter the aquifer through surface infiltration, increasing the concentration of some components in Zone Ⅱ; On the other hand, artificial groundwater exploitation alters the local karst water flow field, causing hydrochemical components within the study area to exhibit “reverse change” characteristics along the overall flow direction of karst water. The evolution process of karst hydrochemistry on the annual time scale is influenced by changes in annual precipitation, and the influence time can be traced back to 2-3 years ago. This study comprehensively applied mathematical and chemical methods to quantitatively reveal the evolution process of karst hydrochemistry under the long-term control of precipitation conditions and human activities, which can provide reference for analyzing the spatio-temporal distribution and evolution law of hydrogeochemistry in karst areas of Southern China.

Key words: emergency groundwater source')">

emergency groundwater source, groundwater')">karst groundwater, ')">hydrogeochemistry, spatio-temporal evolution')"> spatio-temporal evolution, controlling factors')">main controlling factors, , Hunan Province ')">Xiangtan, Hunan Province

中图分类号: 

  • P641.3
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