陇中高原山地－丘陵区黄土地下水循环的同位素水文学研究

Longzhong Loess Plateau, one of the most arid areas in China, the groundwater occurred in loess aquifer is very valuable and becomes the basic water resources for human living. However, some key theoretical questions about groundwater circulation have long been unclear. Many opinions about how the groundwater has been formed, what the recharge source and the main approaches to recharge and circulation periods exist great controversies. Thus, in this program, some typical loess mountains and highlands will be selected as basic research area. Groundwater in loess aquifers and soil water in loess sections, regional precipitation, rivers will be collected as research samples. Isotope hydrology of stable hydrogen and oxygen isotopic tracing as well as radio-carbon 14, tritium and CFCs dating will be utilized as main research methods. The program will focus on uncovering the formation and circulation mechanism of the loess groundwater and answering the disputed questions of groundwater recharge source, circulation periods and hydraulic connections between different aquifers in the space or time. The expected research findings will be significant to help state well carry out the New Country Foundation Strategy and adjust structure of water utilization. Moreover, it will also provide some practical advice on regional reasonable exploration and manage water resources and attract residents rightly emigrate in arid loess plateau.

甘肃陇中高原，干旱缺水，赋存于黄土中的潜水是山区居民赖以生存的基本生活水源，弥足珍贵。但对地下水如何形成，其补给源、补给方式、更新周期及相互间的水力联系一直未能查明，现有观点争议颇多，成为黄土高原长期悬而未决的理论问题。本项目拟选择典型黄土山地、丘陵地带为重点研究区，黄土地下水及区域降水、河水、剖面土壤水为主要研究对象，H、O同位素及14C、CFCs、T地下水年代学等水文学方法为手段，辅以典型区必要的地下水动态监测。围绕黄土高原降水如何补给潜水，补给方式与更新周期，除降水外是否还有古补给水存在或其它补给源为关键科学问题，研究黄土地下水的补给源、循环更新周期及不同时空分布含水层之间的水力联系，旨在揭示黄土山地干旱缺水地区潜水水文循环理论机制。这一研究对指导国家正在大规模实施的新农村建设战略及用水结构调整，特别是对当地地下水资源合理规划利用及优化管理、山区移民政策的制定有极为重要的指导意义。

陇中高原，干旱缺水，赋存于黄土中的潜水是山区居民赖以生存的基本生活水源，弥足珍贵。对地下水如何形成，其补给源、补给方式、更新周期及相互间的水力联系一直未能查明，现有观点争议颇多，成为黄土高原长期悬而未决的理论问题。.本项目通过两个完整水文年8个季度一系列钻孔监测，并辅之以渗水试验，借助同位素水文学手段研究了黄土高原降水如何补给潜水，补给方式与更新周期等关键科学问题，深入揭示了黄土山地干旱缺水地区潜水水文循环理论机制。.结果表明，当地降水主要以两种模式（优势流和基质流）、三种途径对地下水形成有意义的补给，其中优势流模式主要包括两种途径：次降水以类似管道流通过土壤/古土壤或红粘土接触面、较大的裂隙、断层、滑坡带等较大的构造通道快速入渗至剖面深部层位或在有利地形、构造条件下直接补给含水层；次降水通过土壤剖面内部-上部（生物活动层）各类大孔隙以优势流快速入渗至蒸发锋面之下，然后在剖面上得以保存足够盈余水分；深部主要以活塞流最终渗透到达潜水位补给地下水，这是黄土高原高山地带局部浅层地下水形成的主要补给机制。由于补给途径受控于一些特殊构造或地形地貌，黄土山地潜水分布很不均一，地下水量则受控于季节性的降水大小。由于年内季节性降水可以比较快速补给生态层之下土壤水或地下水，通过人工干预增强局部地下水补给是可能的；另一方面由于浅层黄土地下水系统的脆弱性，对常年可以供水，相对丰富的黄土含水层应该大力加强保护，特别是农业活动及人类生活污染。对大面积分布的林地土壤剖面季节性监测对比表明，根系区及以下存在厚度数米以上的永久性土壤干层，即使2013年罕见湿润年份亏缺的水分仍然没有得到有效恢复，预计随着树木不断长大及林木面积扩大土壤干化现象会进一步加剧发展。因此，山区大面积耕地改种类似杏树、苹果树等这类根大、根深，蒸腾作用强的阔叶林并不可取，否则必将引起区域大面积土壤水分亏缺现象，特别是深部土壤水永久性亏缺很难恢复，严重影响生态改善。对于长势不良的林地，定期采取深部灌水的措施，特别是永久性干层厚度大的区域补充水分，促进干层恢复是保证林木更好生长和维持山区土壤水分良性循环的关键。.本研究在理论上揭示了陇中高原浅层黄土地下水的补给机制，对探索采取人工措施增加半干旱山区黄土地下水补给、合理规划利用有限的地下水资源、指导国家正在大规模实施的新农村建设战略及用水结构调整等有极为重要的指导意义。