黄土高原生态建设对流域水体转化与传输的作用机制研究
自1999年以来，黄土高原相继开展了大规模水土保持生态建设，退耕还林（草）、淤地坝、坡改梯等生态建设使区域生态环境发生了深刻变化。监测与研究表明，过去10多年是近一个世纪以来黄土高原下垫面变化最大的时期。生态建设显著改变了流域下垫面条件，进而改变了流域的生态水文过程。本论文以黄土高原典型生态建设对比流域的不同水体为研究对象，运用氢氧同位素示踪技术，采用野外监测、室内实验和模拟计算等方法，系统研究了生态建设流域及其对比流域的不同水体氢氧同位素时空分布特征，辨识了不同水体氢氧同位素关系及其影响因素效应；阐明了生态建设影响下的流域土壤含水量和氢氧同位素的时空分布及其赋存特征；揭示了生态建设对比流域不同水体的水传输时间变化规律，解析了流域不同水体来源及其季节补给规律，量化了不同时期补给过程中的蒸发损失；阐明了生态建设流域水转化影响因素及其影响作用机制。本研究开展的生态建设对流域水体转化与传输的影响作用机制研究对深刻了解该区域生态建设恢复和水资源可持续利用发展提供科学理论依据。本论文得到的主要结论如下： (1)生态建设流域（韭园沟流域和王茂沟流域）的不同水体同位素δD和δ18O较生态建设未治理流域（裴家峁）富集。韭园沟流域大气降水线为δD=6.67δ18O-0.63，裴家峁流域大气降水线为δD=7.00δ18O+1.45，王茂沟流域大气降水线为δD=6.88δ18O+0.24。作为生态建设对比流域，韭园沟和王茂沟的降水线的斜率和截距均小于裴家峁。研究流域雨季降水同位素值偏低，旱季同位素值偏高。生态建设流域（韭园沟和王茂沟）的地表水同位素δD和δ18O较生态建设未治理流域富集。随着海拔的升高，三个流域地表水和浅层地下水的同位素值都表现为同位素贫化的趋势。月尺度下三个流域同位素随季节变化均呈现先增大后减小的变化趋势，春冬季低，夏秋季高。 (2)生态建设治理流域五种土地利用土壤水含量大小排序为坝地＞坡耕地＞梯田＞林地＞草地。不同坡位上壤含水量表现为坡上最小，坡中居中，坡下最大。坡耕地土壤水分随土层深度的增加而增加，坝地、梯田和林地的土壤水分随着土层深度增加均呈现波动式变化，草地土壤水分除表层含量较低外其他土层较为稳定。次降雨条件下，生态建设治理流域不同深度下坝地土壤水氢氧同位素表现为先富集再贫化的变化趋势，草地表现为先富集~贫化~稳定的变化趋势，林地表现为富集~贫化~富集~稳定的变化趋势，梯田表现为富集~贫化~波动~稳定的变化趋势，坡耕地表现为富集~贫化~稳定的变化趋势。 (3)生态建设治理能够延长流域降水转化为地表水的水传输时间。韭园沟流域降水转化为地表水的水传输时间约为183天，裴家峁流域降水转化为地表水的水传输时间约为101天。韭园沟流域降水转化为地表水的水传输时间约为裴家峁的1.81倍。同时，韭园沟流域降水转化为浅层地下水的水传输时间约为935天，裴家峁流域降水转化为地表水的水传输时间约为888天。韭园沟流域降水转化为浅层地下水的水传输时间约为裴家峁的1.05倍。降水转化为地下水的水传输时间是降水转化为地表水的水传输时间的6倍左右。旱季，三个流域都表现为降水和浅层地下水补给地表水，但补给比例不同。经过生态建设治理，旱季浅层地下水补给地表水比例增加了4.5%～22.47%。雨季，三个流域都表现为降水和地表水补给浅层地下水，补给比例也不同。经过生态建设治理，雨季降水补给浅层地下水比例降低了14.8%～18.46%。 (4)温度、生态建设和坡度是影响流域水体转化的主要影响因素，其次是流域降水量和气温变化，最后是坡向。研究区降水同位素影响因子主要包括气温、降雨量、相对湿度和太阳辐射，地表水和浅层地下水同位素影响因子主要包括温度、海拔和生态建设措施量，土壤水氢氧同位素影响因子主要包括土地利用、土层深度、坡度和坡向。降水同位素影响因子作用大小依次是：降雨量＞气温＞相对湿度＞太阳辐射。地表水浅层地下水同位素影响因子作用大小依次是：海拔＞温度＞生态建设措施量。土壤水氢氧同位素影响因子作用大小依次是：坡向＞坡度＞土地利用＞土层深度。
水体转化;水传输时间;黄土高原;水土保持
西安理工大学
博士
水利工程;水文学及水资源
李占斌
2018
中文
P333.5
2019-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）