基于稳定性氢氧同位素的黄土塬区地下水补给机制研究

基于自然因素和社会经济发展的影响，黄土塬区赖以生存的地下水资源在不断减少，越来越严重地制约着塬区生态环境恢复和社会经济发展。降水是地下水的主要来源，但是其能否通过深厚黄土剖面补给地下水，其机制目前仍不明确，特别是地下水的补给方式和补给率等重要问题亟需深入研究。基于稳定性氢氧环境同位素技术，结合水化学、土壤水能态和水文观测等方法，分析降水、0~20m剖面土壤水及地下水中氢氧同位素和水化学组成的时空变化以及地下水位和泉水出流量对降水的响应特征，明确裸地、小麦地、果园地及低洼积水区等不同土地利用方式和地形条件下降水－土壤水－地下水间的转化关系，探明地下水补给来源和补给方式，并利用氯离子质量平衡法估算地下水补给率，由此揭示地下水补给机制。从而提出有效的地下水调控措施，制定科学的地下水管理模式，为黄土塬区合理开发利用地下水和保障水资源安全提供参考依据。

黄土塬区地下水资源的日益减少正越来越成为制约区域生态环境建设和社会经济发展的关键性因素，因此，塬区地下水补给机制研究成为亟待解决的科学问题。本研究针对降水能否通过深厚黄土剖面补给地下水以及如何补给等问题，运用氢氧环境同位素技术和水文观测等方法进行了研究。研究结果表明：随着果树树龄的增长，老龄果树耗水深度和水平范围可分别达到19m和5m，超过年均降水2倍以上贮水亏缺量使得降水基本上不可能经由果园入渗补给地下水。对于裸地和农田，在特大丰水年或者较大规模集中连续降水情况下，降水有可能通过深厚土层向下补给，应用水量平衡法估算裸地年均补给量约25mm，但由于裸地面积有限，而农田也存在暂时性生物利用型干层，降水通过裸地和农田补给地下水的作用也非常有限。在当前土地利用条件下，塬区地下水补给主要依靠雨季或者集中连续降水情况下形成地表径流，通过塬区道路、沟渠等汇集于非均匀分布的负微地形承雨区入渗补给地下水。因此，“以补定采”，科学采抽地下水是地下水资源可持续利用的基本原则，同时需加大对地表水和降水的拦蓄利用。这些结论对指导黄土塬区土地利用方式的优化配置和生态环境建设及社会经济持续发展具有一定的参考作用。