北方岩溶区典型流域雨季径流过程同位素与水化学示踪研究

Rainfall runoff is an important part of hydrologic process in the karst area in north China. It is difficult to separate the runoff with traditional method in the karst area in north China. So it must investigate the mechanism of rainfall runoff with isotopic tracers and hydrochemical ions. In the project, in order to research rainfall runoff mechanisms of Jinxiuchuan catchment in Jinan karst area, a detailed investigation of isotopic, hydrochemical, meteorological data and parameters of hydrogeology in the area will be carried out to study isotopic and hydrochemical variation characteristics of precipitation, groundwater, surface water and soil water. The study will identify water recharge sources of surface runoff in the rainy season at different landscape. And it will trace confluence pathway of rainwater and its dynamic changes, and reveal the impact mechanism of the difference among hydrological underlying surface at the different landscape on runoff processes. The soil water isotopic and hydrochemical variation characteristics during infiltration will be discussed. The study not only richens the study on rainfall runoff characteristics for karst area in north China, but also provides advice for water resource management in the area.

降雨径流过程是北方岩溶区水文循环一个重要组成部分，传统观测方法划分该区复杂径流成分有一定弊端，需要用同位素水化学示踪方法，进一步探讨降雨径流过程形成机制。本文选取济南岩溶区锦绣川流域为研究区，基于同位素和水化学数据，以该区降水、河水、地下水、土壤水为研究对象，定量识别雨季河道径流的水分补给来源及其动态变化，揭示雨季不同高度水文下垫面的差异对径流的影响机制，探讨入渗条件下土壤水剖面同位素与水化学组成变化规律。希望通过本研究进一步认识北方岩溶区降雨径流响应机制，能为北方岩溶区水资源管理提出建议。

降雨径流过程是北方岩溶区水文循环一个重要组成部分，传统观测方法难以该区复杂径流成分的划分，本项目利用同位素水化学示踪方法，进一步探讨降雨径流过程形成机制。本项目选取济南岩溶区锦绣川流域为研究区，开展了锦绣川流域大气降水、河水、土壤水、土壤水、植物水中氢氧同位素的分布特征的调查工作。在夏季和冬季分别对研究区内5个监测点，同时分析了每个采样点的同位素特征值，确定了当地大气降水线，确定岩溶区锦绣川流域季节尺度上受不同降水气团的控制机制。开展了河水、土壤水、地下水的同位素分布特征的调查工作。分析了河水、地下水、土壤水同位素变化特征分析。在土壤水提取中，为了避免土壤水的分馏，设置了对比试验，确保结果真实可靠。基于瑞利分馏模式推导了水体蒸发线斜率理论方程，分析了湿度和温度因子对于蒸发线斜率的影响。结果表明，在温度不变的情况下，蒸发线斜率随着湿度的增加而减少；在湿度不变的情况下斜率随着温度的升高而增大。开展了锦绣川流域土壤剖面同位素变化及其影响因素的调查工作。结合土壤同位素分馏的特性，讨论了土壤水同位素瑞利分馏模型，对表层土壤水同位素变化进行了数值模拟，确定了表明分馏主要发生在土壤剖面的具体位置。利用同位素标记技术，即不同水体中同位素组分不同，并结合同位素混合比公式，确定锦绣川流域内大气降水转化为河水、土壤水和地下水的比率。本研究将在水文交叉领域取得创新，能为岩溶区水资源管理提出建议。