《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Multi-method analysis of recharge sources and flow dynamics in a typical karst catchment in Southwest China
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理解喀斯特泉水如何整合季节性补给、内部储存以及事件尺度的流路激活，对于解释其水化学行为及脆弱性至关重要。本研究针对受季节性降雨和低强度旅游业影响的舒方泉（Shuifang Spring），利用稳定同位素、主要水化学指标、MixSIAR（混合稳定同位素分析的R语
理解喀斯特泉水如何整合季节性补给、内部储存以及事件尺度的流路激活，对于解释其水化学行为及脆弱性至关重要。本研究针对受季节性降雨和低强度旅游业影响的舒方泉（Shuifang Spring），利用稳定同位素、主要水化学指标、MixSIAR（混合稳定同位素分析的R语言模型）、高斯混合模型（GMM）聚类分析以及事件尺度的浓度- discharge（C–Q）关系与滞后分析进行了调查。结果表明，补给组成呈现明显的季节性变化。在雨季，地表浅层源占主导地位，而在旱季，裂隙-基质地下水的重要性增加，表明快速补给和延迟储存释放之间存在交替主导。连续的特定电导率（SpC）数据识别出多种可重复的水化学状态，而非简单的干湿二元对立。低SpC状态反映了快速补给，中间状态代表混合流条件，高SpC状态指示更强的储存控制及可能存在的人类活动微弱影响。事件尺度的C–Q分析进一步显示，前期湿润度和事件序列对泉水响应的控制作用强于单纯的降雨量。湿润的前期条件有利于更强的稀释作用和更清晰的顺时针滞后现象，而干燥条件则产生由储存地下水主导的缓冲响应。检测到了微弱的污水影响，但它主要作为与水文连通性相关的次要信号发挥作用。总体而言，舒方泉表现为一个动态的多状态喀斯特系统，其中季节性源混合、储存释放过程和事件尺度的连通性共同塑造了水化学特征。这种综合方法提高了对喀斯特泉水功能以及小型喀斯特集水区对自然变化和轻微人为干扰敏感性的理解。
研究背景与目的：喀斯特地区覆盖全球约7–12%的无冰陆地表面，为近四分之一的人口提供饮用水。由于碳酸盐岩溶解，喀斯特含水层通常发育区别于多孔介质含水层的管道-裂隙/基质结构，这种异质性导致快速优先流、非线性补给-排泄响应以及储存和运移在时空上的强烈变化。理解这些水文过程对于解释喀斯特流域行为及制定可持续管理策略至关重要。然而，现有的同位素方法多依赖离散或低频采样，难以解析快速事件响应；高频电导率监测虽能捕捉短期变化，但基于阈值的解释存在主观性；单一的浓度-排泄（C–Q）分析无法明确量化补给组成或识别可重复的水化学状态。特别是在小型封闭喀斯特集水区，自然异质性与微弱的人为干扰共存，使得过程解释和水资源保护变得复杂。为此，本研究选取中国西南金佛山舒方泉集水区，旨在定量量化不同补给来源（包括微弱的旅游污水输入）的季节性贡献，客观识别跨水文期的流动模式转变，并确定前期湿润度和事件连续性如何调节事件尺度的排泄响应。
技术方法概括：研究人员在重庆南川金佛山舒方泉集水区开展研究，样本队列包括酒店自来水、酒店污水、土壤水、雨水和泉水出水口。利用稳定同位素（δD和δ18O）结合MixSIAR贝叶斯混合模型量化补给来源贡献；利用高频特定电导率（SpC）监测数据结合高斯混合模型（GMM）识别可重复的水化学状态；利用事件尺度的C–Q关系和滞后指数（HI）分析降雨事件对泉水响应的影响。
研究结果：
3.1 稳定同位素与水化学特征：雨水同位素变率最大，土壤水与之重叠，而裂隙-基质水、污水和泉水同位素范围较窄。污水表现出显著升高的
Cl-浓度，区别于其他水体。
3.2 动态特征：泉水排泄量在雨季显著增加，SpC在旱季升高。事件尺度上，排泄量与SpC呈一致的反比关系，排泄量快速增加时SpC急剧下降，退水阶段SpC逐渐恢复。
3.3 MixSIAR定量源贡献：雨季以地表浅层水为主（贡献率56.9%-64.0%），旱季裂隙-基质水成为主要来源（贡献率56.4%-61.4%）。污水总体贡献较小（年均7.7%），但在R3雨季显著增加至21.4%。
3.4 GMM聚类分析：基于SpC识别出七种可重复组件，分为低、中、高SpC状态。低SpC状态主要在雨季出现，反映快速补给；高SpC状态在旱季更常见，反映储存控制和可能的微弱人为影响；中间状态代表混合流条件。
3.5 事件尺度C–Q关系：前期湿润度是关键控制因素。湿润条件下呈现明显的稀释行为和顺时针滞后；干燥条件下呈现近化学恒定行为和缓冲响应。连续事件会改变内部连通性，产生短期记忆效应。
讨论与结论：讨论部分指出，舒方泉表现出一种动态的多状态喀斯特系统特征，而非简单的干湿二元交替。季节性源混合显示雨季地表补给增强，旱季裂隙-基质释放主导，这种混合行为介于管道主导系统和扩散流系统之间。GMM分析揭示了水化学状态的季节性转换，中间状态的普遍存在表明混合流是喀斯特泉水的正常操作状态，而非仅仅是过渡。事件尺度的C–Q分析表明，前期湿润度和事件序列通过影响水力连通性，共同调节排泄响应中的稀释和滞后现象。微弱的污水信号并非独立的水文机制，而是嵌入在与自然补给混合相同的连通性结构中，仅在连通性高时被放大。结论总结认为，舒方泉泉水功能受季节性源混合、可重复水化学状态转换和事件尺度连通性动力学的联合控制。该研究深化了对微弱人为干扰下喀斯特水文过程机制的理解，为脆弱小型喀斯特泉水源区的生态基流保护及旅游业开发强度调控提供了科学依据，并提供了在数据稀缺的喀斯特地区解耦自然和叠加人为控制的通用方法模板。论文发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》。
