岩溶地下水资源在国家社会经济发展中具有举足轻重的地位. 我国岩溶地下水资源量达2 039.67亿m3 ·a-1,约占地下水资源量的1/4[1]. 西南地区为我国主要岩溶区，其岩溶地下水资源量达1 786.53亿m3 ·a-1，约占岩溶地下水资源量的4/5[2]. 随着西南地区社会经济的快速发展，对岩溶地下水的开发利用不断加强，一些岩溶地下河也受到工业、 农业、 城市等多重污染，目前总体呈现出污染源多样化，污染由点向面发展，有机污染与无机污染并存的特点[3]，直接威胁着居民的身体健康，制约经济发展，形势严峻.
岩溶地下水水文地球化学特征能够反映各种外界因素对地下水系统的影响，通常被用来研究地下水系统的成因、 补给来源、 水-岩相互作用等[4~6],了解地下水水文地球化学特征对地下水系统的评价、 开发、 利用以及区域生态环境保护都有重要意义. 近年来，学者们分别从不同时间尺度，对典型岩溶地下河水化学指标的动态变化，及其对环境敏感性的反应等进行了细致而全面的研究[7~11]，并利用微量元素、 同位素、 微生物、 重金属等探讨了各自流域内人类活动对水文地球化学特征的影响[12~15]. 然而地下水系统各影响因素间是相互关联的，前人的研究多忽视了这种关联性. 因此，目前亟需进行在不同时间尺度、 不同人类活动方式影响下，关于不同地下河系统水文地球化学特征的整体研究.
本研究以水文地质背景相似的典型岩溶地下河系统——青木关和老龙洞为例，从月动态和单场降雨两个时间尺度，通过比较不同土地利用类型下岩溶地下河的水文地球化学特征，分析其动态变化的影响因素，掌握不同土地利用类型和人类活动方式对地下河水文地球化学特征的影响，以期为因地制宜地开发利用、 保护和治理岩溶地下水资源，及岩溶区土地利用规划提供理论依据.
1 研究区概况重庆青木关地下河流域地处沙坪坝区、 北碚区和璧山县的交界处，范围为29°41′～29°46′N，106°17′～106°20′E，位于川东平行岭谷区华蓥山青木关背斜上； 南山老龙洞地下河流域地处重庆市南岸区与巴南区境内,范围为29°28′30″～29°33′12″N，106°34′45″～106°38′30″E，位于川东平行岭谷区铜锣山长江南岸南温泉背斜上. 两流域背斜轴部受溶蚀作用多形成“一山二岭一槽”或“一山三岭两槽”的岩溶槽谷地貌景观，槽谷均呈NNE向狭长带状展布(图 1). 两流域均属于亚热带季风气候，多年平均气温分别约18.5℃、 17℃，多年平均降水量分别约1 250 mm、 1 081.7 mm. 两流域内均发育地带性黄壤和非地带性土壤石灰土，植被主要为亚热带常绿阔叶林和旱生喜钙型灌木.
图 1Fig. 1根据参考文献[10, 13]修改图 1 青木关、 老龙洞水文地质示意Fig. 1 Sketched map of hydrogeology at the study sites of Qingmuguan and Laolongdong重庆青木关和老龙洞背斜轴部都以下三叠统嘉陵江组(T1j)碳酸盐岩地层为主，岩层厚度均大于500 m,岩性主要为厚层块状灰岩以及白云岩、 白云质灰岩夹角砾状灰岩. 背斜两翼均分布中三叠统雷口坡组(T2l)碳酸盐岩和上三叠统须家河组(T3xj)长石石英砂岩、 泥质粉砂岩、 泥岩并夹有煤层(图 1). 两背斜轴部岩溶槽谷内地下河系统发育. 青木关地下河以姜家泉出露，流域面积约13.4 km2，其流量季节变化大，最大流量4 360 L ·s-1，枯水季节可能断流[11]； 老龙洞地下河沿背斜轴部南北纵向发育，流域面积约12.6 km2，最大流量13 000 L ·s-1，最小流量0.6 L ·s-1[16].
青木关地下河流域居住人口少，以大小不等的居民点分布. 本区主要土地利用类型为林地、 旱地、 水田，分别占流域面积的64%、 28%、 6%[10]. 旱地主要分布于流域上游的甘家槽洼地，水田主要分布于流域中游. 流域内还分布有养鱼塘、 养猪场、 养鸭场，基本无大型工业. 老龙洞流域人口较多，集中分布于流域北部，城镇化水平较高. 该区土地利用类型多样,居民建设用地、 厂矿用地、 农业用地分别占流域面积的35.7%、 19.8%、 15.9%，其余的为林地、 未利用和难于利用土地[9]. 流域中部有水泥厂、 石材厂等厂矿[13]，南端的地下河出口已开发为老龙洞岩溶风景区，流域上游排放的生活污水、 工业废水可以直接从人工排污渠进入落水洞，最终从该出口排出[16](图 1).
2 研究方法2.1 数据获取分别采集两研究点月动态、 单场降雨期间的水化学样品，取样间隔各为1个月、 2 h. 阳离子、 阴离子水样分别用经硝酸浸泡的50 mL、 500 mL高密度聚乙烯瓶采集(阳离子水样加入若干滴1 ∶1 HNO3酸化至pH值1的3组主成分(PC1、 PC2、 PC3)，其方差贡献率分别为45.1%、 29.8%、 10.5%，累积方差贡献率达85.4%(表 3). 选取老龙洞特征值>1的3组主成分(PC1、 PC2、 PC3)，其方差贡献率分别为32.8%、 26.4%、 21.5%，累积方差贡献率为80.7%(表 3).
表 3(Table 3)表 3 姜家泉、 老龙洞降雨期间水文地球化学指标主成分分析结果Table 3 Principal component analysis of hydrogeochemical indicators at Jiangjia spring and Laolongdong during rainfall event指标姜家泉(n=26) 老龙洞(n=24) PC1PC2PC3PC1PC2PC3 流量/水位*0.948 -0.013 0.236 0.385 0.463 0.653 pH值-0.709 0.551 0.173 0.269 -0.806 -0.090 水温-0.027 0.776 0.028 -0.770 -0.140 -0.382 溶解氧0.235 -0.907 -0.079 0.398 -0.173 0.803 电导率0.637 0.678 0.251 0.882 0.384 0.051 Ca2+0.514 -0.256 0.684 0.940 -0.010 0.049 Mg2+-0.121 0.921 0.035 0.931 -0.181 -0.112 HCO3-0.147 0.290 0.876 0.766 0.559 0.004 K+0.456 0.823 -0.046 0.245 0.894 0.121 Na+0.668 0.640 0.206 0.539 0.692 -0.420 全Fe0.939 -0.202 0.104 -0.014 0.699 0.662 全Mn0.936 -0.199 0.121 0.195 0.589 0.453 Al3+0.953 0.092 0.074 -0.059 0.415 0.807 NO3-0.848 0.217 0.239 -0.080 -0.035 0.612 SO42-0.751 0.246 0.225 0.665 -0.518 0.353 特征值6.7664.4681.5754.9273.9613.228方差贡献率/%45.129.810.532.826.421.5累积方差贡献率/%45.174.985.432.859.280.71)*表示姜家泉为流量指标，老龙洞为水位指标表 3 姜家泉、 老龙洞降雨期间水文地球化学指标主成分分析结果Table 3 Principal component analysis of hydrogeochemical indicators at Jiangjia spring and Laolongdong during rainfall event流量、 全Fe、 全Mn、 Al3+在姜家泉PC1中载荷较高,分别为0.948、 0.939、 0.936、 0.953(表 3)，后三者主要来源于母质中铝、 铁、 锰的残留成分[7]，其在PC1中的较高载荷反映了降雨导致的水土流失作用. NO3-、 SO42-在PC1中载荷也较高，分别为0.848、 0.751(表 3)，体现了降雨期间农业活动、 生活污水对地下河水文地球化学特征的影响. pH值与姜家泉PC1呈密切反相关，其载荷为-0.709(表 3)，说明水-岩作用和酸雨对地下河pH值的影响. Mg2+在姜家泉PC2中的载荷为0.921(表 3)，可见PC2反映了降雨期间白云质灰岩溶解的增强. K+、 Na+与PC2也密切相关，载荷分别为0.823、 0.640(表 3)，研究区大范围的农业活动是其主要影响因素. 电导率、 水温、 溶解氧在姜家泉PC2中的载荷也较高. PC3中占较高载荷的是Ca2+、 HCO3-，分别为0.684、 0.876(表 3)，可见水-岩作用对姜家泉水文地球化学特征和动态变化的重要影响.
与老龙洞PC1密切正相关的指标有Ca2+、 Mg2+、 HCO3-、 电导率，其载荷依次为0.940、 0.931、 0.766、 0.882(表 3)，说明了降雨期间水-岩作用的重要影响. SO42-也与PC1高度相关,其载荷为0.665(表 3)，体现了含煤地层石膏的溶解、 生活污水、 酸雨对地下水SO42-的影响. 由于温度较低的雨水对地下水有致冷作用，因此水温与PC1呈负相关，其载荷为-0.770(表 3). K+、 Na+、 全Fe、 全Mn在老龙洞PC2中载荷较高，分别为0.894、 0.692、 0.699、 0.589(表 3)，说明了研究区城镇活动、 工业活动和降雨引起的水土流失对地下水水质的影响. 与老龙洞PC3密切相关的是溶解氧、 Al3+、 NO3-、 水位,其载荷分别为0.803、 0.807、 0.612、 0.653(表 3)，这反映出降雨期间水土流失以及小范围农业活动对地下水的影响.
可见，降雨条件下姜家泉水文地球化学特征主要受水土流失、 农业活动的影响，水-岩作用的影响次之. 老龙洞则主要受到水-岩作用的影响，城镇活动、 工业活动和水土流失作用对其影响也较为明显.
4 结论(1) 月动态尺度上，姜家泉和老龙洞水温、 pH值差异较小，但Ca2+、 HCO3-、 Mg2+、 K+、 NO3-、 Na+、 SO42-、 Cl-、 电导率差异显著：姜家泉Ca2+、 HCO3-的浓度均值大于老龙洞，Mg2+的浓度均值小于老龙洞； 姜家泉K+、 NO3-的季节变化和浓度均值大于老龙洞，Na+、 SO42-、 Cl-的季节变化和浓度均值则小于老龙洞. 经PCA分析，水-岩作用对两岩溶地下河水化学特征及变化都起重要作用，但青木关地下河水化学特征受农业活动影响较大，老龙洞地下河水则主要受城镇和工业活动影响.
(2) 单场降雨期间，两研究点各水化学指标的动态变化均可以分为缓慢变化 显著变化 稳定变化 特殊变化这4个阶段，但各阶段的变化趋势、 强度有所差别. 姜家泉各水化学指标变化与流量变化高度一致，老龙洞各指标变化的规律性相对较差. 说明降雨期间，两岩溶地下河系统对不同程度人类活动干扰的响应不同. 青木关地下河水水文地球化学特征主要受水土流失、 农业活动的影响，水-岩作用的影响次之. 老龙洞地下河水主要受到水-岩作用的影响，城镇活动、 工业活动、 水土流失作用的影响也较为明显.
(3) 不同的土地利用方式和人类活动对岩溶地下水的水文地球化学特征影响不同，对岩溶地下河水进行长时间、 多尺度、 高精度的观测，掌握不同土地利用方式和人类活动影响下，不同岩溶地下河的水文地球化学特征差异，对岩溶地下水资源的评估、 开发利用、 污染治理具有重要意义.
致谢:感谢西南大学地理科学学院余琴、 孙喆在论文写作过程中的支持和帮助.