包气带岩性与厚度对降雨入渗补给地下水的影响及同位素分馏效应

作     者：哈泓汀 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王文科

授予年度：2023年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：氢氧稳定同位素 非饱和带 降雨入渗 补给 分馏效应 

摘      要：地下水资源在人们日常生产、生活等各方面起着关键作用,尤其在我国西北干旱半干旱,地下水位下降和包气带厚度增厚导致降雨入渗补给困难等负面问题激增凸显了地下水资源非凡的重要性,而量化评价地下水的补给是地下水资源可持续利用的前提。地下水的主要补给来源为大气降雨,降雨的模式与强度以及非饱和带的特征在一定程度上控制着地下水的补给强度,D和O作为常见的示踪剂常常随水分一起运动,并且很好地表征了入渗过程的水分入渗、蒸发、混合等,可以有效地揭示地下水的补给过程。因此开展基于氢氧稳定同位素示踪在包气带特征影响下的地下水补给研究,在实际应用中对进一步评价地下水资源具有较为重要的理论意义。本文采用原位尺度观测试验、模型计算和理论分析等方法,利用细砂、中砂、粗砂、砾砂4种非饱和带介质在2 m、3 m、4 m、5 m包气带厚度条件下,研究了包气带特征对降雨补给地下水的影响及其氢氧稳定同位素分馏效应,论文主要结论如下:1、阐述了试验区大气降雨中稳定同位素的主要影响因素以及降雨量与不同土柱间补给量之间的关系。试验区大气降水中的氢氧稳定同位素主要受温度影响,降雨量也有轻微的作用;在间隔时间约为2天的两次暴雨入渗,第一次降雨入渗模式为脉冲式补给,补给量在时间上出现明显的峰值;第二次则是在压力驱动下的补给,补给强度随着岩性颗粒减小和埋深的增大而减弱。2、研究了不同非饱和带介质及不同包气带厚度土柱出流水稳定同位素的差异及原因。细砂、中砂、粗砂、砾砂土柱出流水稳定同位素依次贫化,是由蒸发作用和入渗分馏作用共同导致,蒸发作用随着岩性颗粒减小而增强,入渗分馏作用则依次减弱;随着包气带厚度的增大,土柱出流水稳定同位素依次贫化,考虑是由于非饱和带多孔介质对水分子的吸附作用增强导致。3、阐述了入渗过程中稳定同位素的分馏机制及影响因素。入渗过程中稳定同位素的分馏是由基质势梯度造成,产生的基质势梯度越大,分馏作用越强。随着岩性颗粒的越细以及包气带厚度的增加吸附作用增强而入渗分馏作用减弱。