北方典型岩溶区降水变化对地下水补给的影响研究

Infiltration recharge is the main source of karst groundwater in northern China. However, it is complicated to research the infiltration process with the variation of precipitation in different time scales. Taking the karst areas of Mapaoshen spring and Xiakou spring as the study object, automatic monitoring of precipitation，dynamic changes of the groundwater level and spring discharge will be carried out to study the response of groundwater to rainfall. Also high-frequency rain and groundwater samples under different precipitation conditions are collected and tested. According to the hydrograph analysis, Cl- tracer and hydrogen stable isotope tracer, the infiltration recharge process will be studied to reveal the interaction between groundwater and precipitation. Moreover, the estimation of effective precipitation and the time lag between spring discharge and rainfall. This study will provide theoretical basis for the evaluation of groundwater resources and quantitative research of the flux attenuation in northern karst springs.

降水入渗补给是北方岩溶地下水的主要补给源，但降水在不同时间尺度上的变化造成了入渗补给过程的复杂性。本项目选择汾河流域内的马跑神泉-峡口泉泉域为研究对象，通过开展降水量、地下水位动态和泉水流量的高精度、高频次自动化监测，定量识别地下水位和泉水流量对不同降水量的响应过程，并采集不同降水条件下高频次的雨水样和地下水样，运用水文过程线法、Cl-示踪和氢氧稳定同位素示踪的方法开展不同降水条件下入渗补给过程研究，揭示降水与地下水的转化规律，并探讨有效降水量的阈值和岩溶水系统对降水的滞后、延迟和叠加效应。研究成果将为北方岩溶地下水资源的准确评价和岩溶大泉流量衰减原因的定量化分析提供基础依据。

北方岩溶地下水具有富集程度高、动态变化稳定和水质良好的属性，使其在北方地区供水安全保障和良好生态维护方面具有重要的作用，但岩溶含水介质的各项异性和高度开放性，加之降水强度在时间和空间尺度上的变化，造成了北方岩溶区降水入渗补给过程研究的复杂性。本项目以马跑神泉岩溶地下水系统为研究对象，开展了系统内降水、地表水、土壤水和岩溶地下水的高精度、高频次自动化观测，分析了泉域补给-径流区和排泄区的降水量空间分布特征，并定量化揭示了海拔与降水量的相关关系，系统所在的流域海拔每升高100m，降水量增加15.7mm；基于典型碳酸盐岩裸露区的地表产流和土壤水运移过程的监测，分析了不同植被类型和不同深度土壤水对降水的响应规律，厘定了基于土壤水观测的无效降水量阈值；开展了岩溶地下水位和泉水流量对不同降水事件的响应过程研究，并运用氯量平衡法估算了研究区的降水入渗系数，为同类型地区岩溶地下水资源的准确评价提供了科学参数。