黃土高原粗質地土壤剖面水分運動與淺層地下水補給可能性模擬

摘要：黃土高原水土流失嚴重,生態環境脆弱,水資源短缺,地下水對保障區域社會經濟發展和維持生態系統平衡具有重要意義,而該區的地下水轉化和補給機制尚不明確。為探究黃土高原水蝕風蝕交錯區土壤剖面深層水分運動及降水對淺層地下水補給的可能性,利用六道溝小流域分布的粗質地風沙土樣地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量數據,運用HYDRUS-1D模型對各土層水力參數進行反演和驗證,并用于模擬樣地土壤深剖面0~1 500 cm水分運移過程。結果顯示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生長季末與生長季初持平或略有虧缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生長季末遠高于生長季初,降水入滲深度超過觀測深度(600 cm)。深剖面水分運動模擬顯示,2014年和2015年剖面含水量變化不明顯,水分向深層運移微弱緩慢;但是,2013年和2016年降水可分別入滲運移至1 100 cm和1 200 cm深度,遠超過樣地上生長的旱柳根系區域,可能補給淺層地下水。在4年模擬期間,平均土壤蒸發為14.87 cm·a-1,平均植物蒸騰為33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸騰形式損耗。在2個豐水年,得益于較充足的降水和粗質地風沙土壤的高入滲率,降水大量轉化為土壤水快速向下入滲運移,模擬顯示當年生長季末降水最深運移至1 200 cm,至年末已超過模擬深度(1 500 cm),水分繼續運移可能補給淺層地下水。相關研究結果為黃土高原水蝕風蝕交錯區地下水來源和補給機制提供理論依據。