淮北平原区非饱和带水分运动机理的同位素示踪试验研究

非饱和带水分状况与植物生长密切相关，关系到粮食生产和生态安全问题。为探明非饱和带水分交换规律，运用同位素水文学、水化学与水文学相结合的方法，采用野外原型与室内并行试验设计的理念，针对不同质地土壤类型构建非等厚度分土层模型，通过分析降雨期间非饱和带不同层位水的稳定同位素组成变化研究非饱和带水分运动机理，探索大气降雨、地表径流，壤中流及地下水径流的相互转换过程中各组分的稳定同位素变化规律。通过次降雨过程中流域出口断面河道水流的逐时段采样并进行水化学离子、电导率及氢氧稳定同位素的测试分析，揭示影响平原区河道径流组分划分结果的几个控制性因素。探索在不同降雨强度、不同土地利用条件下，地下水对降雨的稳定同位素信号响应时间的问题，以及用同位素标识平原流域灌溉区的机井地下水补给深度问题，为合理开发利用当地的地下水及雨洪资源提供科学依据。

项目基于五道沟实验流域，采用同位素水文技术开展了平原区水分运动机理研究，在大量不同水源同位素野外实验取样的基础上，结合室内同位素测试，发现淮北平原区夏季大气降水伴随二次蒸发，二次蒸发主要发生在地表水和地下1m的土壤水，实验流域0~1m是大气降水入渗和土壤水的强烈作用区；2米左右是降雨入渗与土壤水混合的同位素平衡区，据此可以根据同位素质量与量平衡原理计算入渗水量；0~3m是土壤水蒸发和大气降水混合最剧烈的区域，3m是土壤水与浅层地下水交换的界面，地下3~5m区域蒸发和下渗作用依然存在，但随着深度的增大，其影响越是滞后，同时是土壤水与地下水的强烈交换区；通过4个观测井同位素信号发现了各井地下水的补给源。最后在考虑同位素信号约束的基础上，采用水文水力学模型初步模拟了实验流域汛期的土壤水分运移。