發(fā)布時(shí)間：2020-11-13 17:46

　　 水體蒸發(fā)是水文循環(huán)過程的第一階段,也是引起水中氫氧穩(wěn)定同位素分餾的一種主要方式。近20年同位素測試技術(shù)及高精度土壤孔隙水提取方法的迅速發(fā)展,使氫氧穩(wěn)定同位素(2H、~(18)O)在示蹤土壤水運(yùn)移、評價(jià)地下水入滲補(bǔ)給量方面得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外已有研究在2H、~(18)O同位素分餾及地下水入滲補(bǔ)給評價(jià)方面尚有不足,包括:⑴開放水面在華北平原現(xiàn)代氣象條件下蒸發(fā),氣象要素與不同鹽度水體蒸發(fā)分餾因子的關(guān)系還不明確。⑵降水在低含水率土壤中入滲,土壤水δ~2H、δ~(18)O受混合和分餾作用共同影響,其變化規(guī)律還不清楚。⑶華北平原中部植被類型及土壤質(zhì)地對降水入滲方式如活塞流和優(yōu)先流的影響仍不明確。本文以華北平原衡水試驗(yàn)場和欒城試驗(yàn)場為典型試驗(yàn)區(qū),開展室內(nèi)外水面蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)及低含水率土壤降水入滲實(shí)驗(yàn),建立了試驗(yàn)區(qū)氣象要素與蒸發(fā)分餾因子的關(guān)系,探討了降水在低含水率土壤入滲過程中,土壤水δ~2H、δ~(18)O受混合及分餾作用下的變化規(guī)律。野外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)測了不同植被及土壤質(zhì)地條件下降水、土壤水、地下水δ~2H、δ~(18)O的時(shí)空變化,揭示了降水通過活塞流和優(yōu)先流的入滲過程,分析了影響差異性入滲的因素。在確定降水入滲模式及入滲規(guī)律的基礎(chǔ)上,計(jì)算了天然降水入滲、灌溉水-天然降水交替入滲補(bǔ)給模式下的地下水入滲補(bǔ)給量,恢復(fù)了歷史入滲補(bǔ)給量的演化規(guī)律。獲得的主要認(rèn)識包括:⑴衡水試驗(yàn)場實(shí)測水面蒸發(fā)過程中,剩余水δ~2H、δ~(18)O隨剩余水比率f減小呈指數(shù)增長,淡水和咸水δ~2H、δ~(18)O的蒸發(fā)線斜率分別為4.78和4.69,具有明顯蒸發(fā)分餾現(xiàn)象。相對于初始水δ~2H、δ~(18)O的變化量對累積蒸發(fā)量的關(guān)系,淡水分別為2.68‰/cm和0.56‰/cm,咸水分別為2.78‰/cm和0.61‰/cm。⑵烘干土柱降水入滲實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)土壤水δ~2H、δ~(18)O較降水貧化,隨入滲深度的增大呈指數(shù)減小,其分餾趨勢與模擬的空氣濕度為零時(shí)的動(dòng)力蒸發(fā)分餾表現(xiàn)為反向直線關(guān)系。風(fēng)干土柱降水入滲實(shí)驗(yàn)中,土壤水δ~2H、δ~(18)O在分餾和混合共同作用下,介于降水與原始土壤水非線性連線之間。⑶衡水試驗(yàn)場降水δ~2H、δ~(18)O季節(jié)效應(yīng)不顯著,雨季降水量效應(yīng)明顯。水平距離小于5 km時(shí),降水通過草地以活塞流入滲,在楊樹林地和夏玉米地以優(yōu)先流入滲。認(rèn)為優(yōu)先流、活塞流的產(chǎn)生與含水率、降水強(qiáng)度沒有必然聯(lián)系。⑷衡水試驗(yàn)場1995至2006年年均降水入滲補(bǔ)給量為76.5mm。雨季強(qiáng)降水的快速入滲對天然降水入滲補(bǔ)給量的影響較大。欒城試驗(yàn)場2001至2011年年均降水-灌溉水入滲補(bǔ)給量為152.6 mm。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P333
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）博士學(xué)位論文 13第二章 試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)區(qū)位于半干旱-半濕潤的華北平原（圖 2.1）。華北平原位于我國東部，東臨渤海，西抵太行山，北靠燕山，南至黃河。地理坐標(biāo)為東經(jīng) 112°30′~119°30′，北緯 34°46′~40°25′。區(qū)內(nèi)包括北京市、天津市、河北全省以及魯北地區(qū)、豫北地區(qū)，面積 13.6×104km2。

圖 2.2 石家莊（圖 a）、衡水（圖 b）水文地質(zhì)剖面圖本文選取 2 個(gè)典型試驗(yàn)區(qū)—欒城試驗(yàn)場和衡水試驗(yàn)場（圖 2.1）作為研究試驗(yàn)場位于華北平原山前沖積洪積傾斜平原，屬華北平原山前典型的大帶典型區(qū)，該區(qū)因農(nóng)業(yè)灌溉等需求過量開采淺層地下水，導(dǎo)致水位下降包氣帶，引起地下水的垂向入滲補(bǔ)給發(fā)生變化[134]。衡水試驗(yàn)場處于華北典型的鹽堿地區(qū)，因深部地下水的過度開采，形成深層復(fù)合地下水降落漏致上下層水頭壓力發(fā)生變化，引起區(qū)內(nèi)咸淡水界面下移[135]，使得淺層地有所下降，進(jìn)而影響該區(qū)淺層地下水的補(bǔ)排特征。2.1 欒城試驗(yàn)場欒城試驗(yàn)場地處華北平原腹地，河北省中南部（圖 2.1），位于北緯 37°47′~3 114°28′~114°47′，面積 379 km2，屬太行山東麓傾斜平原南部，由滹沱河緣、槐沙河洪積沖積扇北部及其扇間洼地組成。海拔 45~66 m，地勢由西傾斜，坡度約 1‰。研究區(qū)地處歐亞大陸中低緯度東緣，屬溫帶大陸性季
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本文編號：2882455