应用D、18O同位素示踪孝感市厚层黏性土中土壤水入渗补给及其生态环境效应

摘要

黏性土的渗透系数极低,水分及溶质在黏性土中运移速率慢、耗时长,本次研究通过分析大别山区—江汉平原三水转换野外科学试验场(下文简称"试验场")ZK1、ZK2钻孔剖面土壤水、大气降雨D、18O同位素测试数据与孝感站(站号57482)多年年降雨量数据,确定了厚层黏性土土壤水入渗补给年份与深度的对应关系.结果表明:试验场区黏性土垂向岩性差异较小,无明显分层现象,土壤水分以"活塞流"的方式向下运移,夏、秋季的大气降雨为土壤水的主要补给来源;ZK1(取样间隔0.5～2.7 m,深度15 m)的土壤水δD、δ18O值随着埋深的增大出现周期性的波动,ZK2(取样间隔0.1 m,深度6.2 m)的土壤水δD、δ18O值随着埋深的增大出现分层波动现象;确定了黏性土层0～6.2 m深度对应的降雨入渗补给年份,并通过18O的峰值位移法计算得出降雨入渗补给在黏性土层的垂向运移速度为10.8～15.0 cm/a,年均入渗补给量为43.1～58.1 mm,占多年年均降雨量的4.01％,推算出降雨入渗补给需要近130年的时间才能穿透试验场厚层黏性土补给至地下水含水层,表明该厚层黏性土的防污性能良好.本研究所揭示大气-土壤界面下黏性土土壤水分入渗迁移历史演化特征及补给年际对应关系,对江汉平原区地下水环境保护、生态环境改善、旱涝灾害防治等具有重要意义.