基于环境同位素的黄土高塬沟壑区水循环机制研究

近年来黄土高原土壤干层、径流减少和地下水位下降等现象严重，对自然环境和人类社会造成了不利影响，土壤水分恢复机制和地下水补给来源等问题备受关注但尚不明确，需借助新技术对水循环机制进行深入研究。以黄土高塬沟壑区的黑河流域为研究区域，基于环境同位素和水化学技术，按照河段(上游、中游和下游)、地形(塬面和沟道)和季节(旱季和雨季)等差异，采集和测定降水、4种利用方式(裸地、麦地、20龄苜蓿地、15龄苹果园)下20 m深剖面土壤水分、地表水和地下水等水文要素的环境同位素和水化学组成，通过质量平衡和高程效应等原理，量化塬区不同利用方式下降水-土壤水分-地下水转化关系、不同河段地表水-地下水转化关系、地下水的补给来源和更新速率等，可为该区的水资源管理和可持续发展提供重要的决策依据。创新之处在于基于环境同位素和水化学技术，具体量化水分转化关系，有望揭示该区的土壤水分恢复机制和地下水补给来源等问题。

黄土高原地表径流减少和地下水枯竭等问题严重威胁区域发展，但地下水补给机制和地表水-地下水转换关系尚不明确，严重阻碍了水资源管理措施的制定和实施。为此，本研究以黄土高塬沟壑区的黑河流域为研究区域，采集降水、不同利用方式下土壤水分、地表水和地下水等水样，分析其环境同位素和水化学组成，基于质量平衡等原理，揭示了黄土塬区地下水补给机制，分析了沟道中地表水-地下水的转化关系。黄土塬区地下水可能主要来自8-9月暴雨的快速入渗补给或者是优先流补给，占总补给量的87%，这表明土地利用变化导致的活塞流变化可能对地下水总补给的影响不大。沟道地表水-地下水之间整体上存在地下水补给地表水的特点，但是暴雨事件对地表水的影响很显著，但是这种转换关系存在时空变异，在不同河段和季节有明显差异。整体而言，地下水在黄土高塬沟壑区的水循环中扮演重要角色，提供水源的同时，是降水转换为地表径流的重要中间环节，需要引起足够的重视进行保护。发表论文14篇，其中SCI论文5篇，EI论文3篇；培养研究生5名；新获批科研项目2项。创新之处在于基于环境同位素和水化学技术，具体量化水分转化关系，揭示了塬区地下水补给机制和地表水-地下水转换关系，为该区的水资源管理提供了参考依据。