西南岩溶山区高速公路建设对地下水系统的影响机制与保护策略研究

针对西南岩溶山区高速公路建设对脆弱地下水系统的潜在威胁，研究人员通过水化学监测、同位素示踪(δ13C-HCO3-、δ15N-NO3-等)和Nemerow指数评估，揭示了隧道排水导致K+/Na+异常、农业活动主导硝酸盐污染等关键影响机制，提出基于水文地质条件的路线规划建议，为岩溶区重大工程生态保护提供科学依据。

　　

岩溶山区作为全球重要的淡水供给区，其"上土下水"的特殊水文结构使其对工程建设扰动极为敏感。中国西南地区密集的高速公路网络建设虽促进经济发展，但隧道开挖、爆破作业等工程活动正对岩溶地下水系统造成不可逆损害——从水质污染到泉流断流，甚至威胁到占当地人口20%的饮用水源安全。尽管前人关注过工程建设对岩溶生态的表观影响，但对施工过程中水化学演变机制、污染物溯源及不同工程布局的水文效应仍缺乏系统认知。

中国地质科学院岩溶地质研究所团队选取广西河池至巴马高速公路沿线两个典型岩溶流域（福龙泉FLS和坡关泉PGS），采用多参数水质在线监测（YSI 6820V2）、离子色谱（ICS-900）和稳定同位素质谱（δ¹³C-HCO₃^-精度±0.2‰）等技术，结合改进Nemerow指数法，对2019-2020年施工期的地下水动态展开研究。通过对比隧道上下游不同位置的泉点响应，首次阐明了工程布局与岩溶发育程度对地下水影响的耦合机制。

水化学特征
监测数据显示，流域主导离子为Ca²⁺（72.19-120.66 mg/L）和HCO₃^-（237.9-353.8 mg/L），[Ca²⁺+Mg²⁺]/[HCO₃^-]≈1的比值及δ¹³C-HCO₃^-值（-7.7‰至-15.41‰）证实碳酸盐岩风化是主要水岩作用。隧道排水（TD）在2019年5月/9月出现K⁺+Na⁺异常峰值（68.75 mg/L），归因于盾构切削液渗入。

同位素示踪
δ¹⁵N-NO₃^-（-6.7‰至9.98‰）与δ¹⁸O-NO₃^-（-6.51‰至43.43‰）指纹显示：旱季硝酸盐主要来自化肥（δ¹⁵N<6‰），雨季则叠加畜禽粪便污染（δ¹⁵N>5‰）。FL6泉点NO₃^-浓度高达258.8 mg/L，证实农业面源污染仍是岩溶区最大威胁。

工程布局效应
当高速公路位于泉点下游（如距PGS仅10米）时，在线监测显示pH（7.09-7.65）、EC（354-436 μS/cm）等参数波动<5%，水质保持Ⅰ类标准。相反，隧道位于FLS泉点上游时，洞底溶洞回填（1000 m3土方）直接阻断水流路径，导致居民饮用水源FL3经历"断流-浊度升高-恢复"三阶段，历时18天才重建水文平衡。

该研究创新性提出岩溶区工程影响的"位置-发育程度"双因子模型：在强岩溶化区域，上游工程活动通过改变地下水流场引发链式水文灾害，而下游工程因水力联系弱可大幅降低风险。成果发表于《Environmental Technology》不仅为西南岩溶区交通规划提供"避上游、保下游"的选址原则，更建立了水化学-同位素联合监控技术体系，对全球岩溶区可持续发展具有示范意义。施工期采用的改良Nemerow指数法（F'<0.8为Ⅰ类水）实现水质快速分级，尤其适合发展中国家基础设施建设的生态监管需求。未来需重点防控盾构液污染及农业面源污染协同治理，以守护"地球地下水库"的生态安全。