土地利用、灌溉模式和非饱和带增厚对区域地下水补给影响的机理

平原区地下水的大规模开采导致区域地下水位大幅度下降，形成了巨厚的非饱和带。经济和社会的发展，引起土地利用方式、作物种植结构、灌溉排水模式等发生重大变化，导致降雨和灌溉入渗对区域浅层地下水补给量发生显著变化，严重影响了浅层地下水资源量和地下水的开发利用。本课题主要研究非饱和带土壤的非均匀性和人类活动因素对地下水时空变异的影响，根据野外试验、随机模拟、空间变异分析，建立考虑土地利用方式、种植结构、灌溉模式、降雨蒸发、非饱和带厚度、地层结构等影响地下水补给的各因素的耦合数值模型，深入研究非饱和带水流运动对地下水补给的影响，在此基础上提出考虑复杂影响因素的区域地下水补给变化规律和演化特征。研究成果将对正确评价浅层地下水资源量、合理开发地下水资源和正确认识地表水-土壤水-地下水之间的转化提供理论基础和实用工具。

根据区域非饱和带水流运动以垂向补给为主并同时计算三维地下水运动，通过垂向流量项将运动机制不同的两个系统进行耦合，建立的拟三维模型提高计算效率2-10倍。在非饱和带计算含水量，在饱和带计算压力，建立了饱和-非饱和水流运动数值模型，计算效率高。.运用溴离子示踪法对华北平原选取了11个典型区56个示踪剂钻孔进行历时3年的试验，分析灌溉方式、土地利用类型、土壤类型和地下水埋深对地下水补给过程的影响，并揭示补给强度的时间变异性。.利用数值模型对植被覆盖变化条件下华北平原的地下水补给情况进行了分析，与野外试验相结合，得到华北平原年平均净入渗量为108mm，潜在补给系数为0.148，补给系数具有很大的空间变异性；植被覆盖度增大将增加实际腾发量，使得地下水的补给减少，地下水补给系数降低。.利用随机方法分析了渗透系数的变异性对入渗补给的影响，发现根区土层土壤渗透性对潜在补给量的影响较大，随着土壤渗透系数变异性增强，潜在补给量的方差增大，均值减少；地下水埋深在5m内，随着埋深增大，补给量变异性大；地下水埋深大于5m后，埋深的增加对潜在补给影响很小，可以将5m作为腾发作用最大影响深度。