地表水与地下水相互作用下双层包气带水分运移机制研究

本课题以半干旱地区水资源保障功能重要的北京市郊为研究区。针对该区域包气带土壤水分高度时空变化特性和存在的灌溉农业节水问题，采用传统野外观测、室内实验和3S高新技术手段，获取多尺度水文土壤参量信息,构建双层包气带水流模型，进行地表水-双层包气带水-地下水耦合数值模拟分析，系统深入研究包气带水分运移机制。通过基于机制认识的定量研究，揭示在地表水和地下水相互作用下包气带土壤水分运移规律及其动态特征，以及揭示与此密切关联的灌溉水补给地下水、蒸散发和径流等重要水文过程的响应特性及变化规律。预期通过对包气带的分层刻画建立一种对包气带水分运移规律系统研究的新方法，为提高该区域农业灌溉用水的有效利用率提供科学理论依据，并对评价区域水资源系统、科学制定合理灌溉制度具有现实应用价值，有助于解决地下水补给机制、径流分析、土壤改良等一系列理论和实际问题，同时对实现该区域农业节水有一定的理论指导作用。

重要进展:建立了双层包气带土壤水分运移模型，揭示了地表水和地下水相互作用下包气带土壤水分运移规律及其动态特征。建立了基于双层包气带水分运移机制的地表水-地下水耦合模型。本人提出的Two Layer Vadose Zone创新理论，使得该集成模型考虑包气带土壤水分运移规律时，物理机制更趋完善，从而更好地描述地表水-地下水相互作用过程。通过基于机制认识的定量研究，揭示了在地表水和地下水相互作用下包气带土壤水分运移规律及其动态特征，以及揭示了与此密切关联的灌溉水补给地下水、蒸散发和径流等重要水文过程的响应特性及变化规律。通过对包气带的分层刻画建立一种对包气带水分运移规律系统研究的新方法，并对评价区域水资源系统具有现实应用价值，有助于解决地下水补给机制、径流分析、土壤改良等一系列理论和实际问题。通过地表水-地下水耦合模型量化近30年来人类活动对妫水河流域产生的直接与间接影响。结果显示：人类活动的间接影响使径流量增加，汛期（6月—8月）增加显著，增幅达34.67%。另外，涨水与退水过程明显加快，径流分配趋于不均匀。人类活动的直接影响使径流量大幅度降低，平均径流系数下降了87%以上。涨水和退水过程基本消失，径流量分配趋于均匀。因此，在妫水河流域，人类活动的间接影响使流域涵养水源能力下降，易发生洪涝和干旱。人类活动的直接影响增加了降水的利用率，减少了洪涝和干旱。.学术成果：1)本项目已在国内外核心期刊发表署名本课题资助的高水平学术论文共23篇，其中SCI论文8篇（含SCI收录期刊文摘3篇），EI论文13篇；2)出版专著一部；3)国际和国内学术会议专题报告或讲座9人次；4)培养硕士生7名;5)在本项目研究成果的基础上，本课题组组长张静研究员中标国家自然基金青年-面上连续项目1项，并得到国家自然科学基金委国际（地区）合作与交流项目2项支持（均已结题）；并得到北京市科技新星项目资助。