应用~2H、^(18)O同位素示踪华北平原石家庄包气带土壤水入渗补给及年补给量确定

采集2个不同深度包气带土壤水2 H、18 O同位素剖面ZK1,ZK2,应用天然稳定同位素2 H、18 O示踪的方法,研究了华北山前冲积平原石家庄地区包气带土壤水入渗补给的历史演化特征。结果显示,研究区内,以0.05m为取样间隔,δ2 H、δ18 O值可以明显指示出大气降水及灌溉水入渗补给时间—剖面深度位置的年际对应关系。ZK2的δ2 H、δ18 O值随着埋深的增大出现周期性的波动,具有分层现象的岩性差异并不明显,说明ZK2剖面以活塞流的入渗方式补给地下水。在0~3.90m深度,δ2 H、δ18 O值显示降水和灌溉水的入渗补给时间为2011年10月至2001年11月。18 O峰值位移法计算补给量的结果显示,降水、灌溉水通过包气带补给地下水的垂向运移速度为38.5~65.0cm/a,年均入渗补给量为131.3~185.3mm。同时,对比2003年及2005-2007年降水量数据,说明少雨年份农业灌溉用水量的大小对当地地下水的入渗补给量起着关键性作用。

应用D、^(18)O同位素示踪孝感市厚层黏性土中土壤水入渗补给及其生态环境效应

黏性土的渗透系数极低,水分及溶质在黏性土中运移速率慢、耗时长,本次研究通过分析大别山区—江汉平原三水转换野外科学试验场(下文简称“试验场”)ZK1、ZK2钻孔剖面土壤水、大气降雨D、^(18)O同位素测试数据与孝感站(站号57482)多年年降雨量数据,确定了厚层黏性土土壤水入渗补给年份与深度的对应关系。结果表明:试验场区黏性土垂向岩性差异较小,无明显分层现象,土壤水分以“活塞流”的方式向下运移,夏、秋季的大气降雨为土壤水的主要补给来源;ZK1(取样间隔0.5~2.7 m,深度15 m)的土壤水δD、δ^(18)O值随着埋深的增大出现周期性的波动,ZK2(取样间隔0.1 m,深度6.2 m)的土壤水δD、δ^(18)O值随着埋深的增大出现分层波动现象;确定了黏性土层0~6.2 m深度对应的降雨入渗补给年份,并通过^(18)O的峰值位移法计算得出降雨入渗补给在黏性土层的垂向运移速度为10.8~15.0 cm/a,年均入渗补给量为43.1~58.1 mm,占多年年均降雨量的4.01%,推算出降雨入渗补给需要近130年的时间才能穿透试验场厚层黏性土补给至地下水含水层,表明该厚层黏性土的防污性能良好。本研究所揭示大气-土壤界面下黏性土土壤水分入渗迁移历史演化特征及补给年际对应关系,对江汉平原区地下水环境保护、生态环境改善、旱涝灾害防治等具有重要意义。