發(fā)布時間：2020-06-05 15:11

【摘要】：為揭示黃土高原小流域淺層地下水的補給過程及其機制,本文以神木市六道溝小流域(水蝕風蝕交錯區(qū))、延安市康坪溝小流域(黃土丘陵區(qū))與長武縣王東溝小流域(黃土塬區(qū))為例,利用3種單環(huán)法原位測量了坡地飽和導水率(K_s),分析了坡度對3種單環(huán)法(單環(huán)雙水頭法、單環(huán)單水頭法和單環(huán)BEST法)測量坡地K_s的影響,并依據(jù)小流域溝道基流、淤地壩淺層地下水位實測數(shù)據(jù),剖析了降水、基流及地下水的時空變化特征,探討了降水與基流、地下水之間的關(guān)系,揭示了基流和地下水對降水補給響應(yīng)時間的差異性,探索了黃土高原小流域淺層地下水的補給過程及途徑。結(jié)果表明:(1)3種單環(huán)法測量3種不同土壤類型(風沙土、黃綿土和X土)的坡地K_s,試驗結(jié)果表明,3種單環(huán)法測定的不同類型土壤K_s大小順序一致,但是單環(huán)BEST法測得的K_s顯著高于單環(huán)雙水頭法與單環(huán)單水頭法(P0.05);單環(huán)雙水頭法測得K_s值均隨坡度的增加而增加,而單環(huán)BEST法測量結(jié)果與之相反,隨著土壤質(zhì)地由粗變細,坡度的影響程度(回歸線斜率)有降低趨勢;單環(huán)單水頭法(10 cm)測量K_s值與單環(huán)雙水頭法完全一致,在土壤水力學參數(shù)確定后,可替代單環(huán)雙水頭法。當坡度小于10°時,3種方法測量的K_s與無坡度K_s無顯著差異,當坡度大于10°時,差異顯著(P0.05)(2)在黃土高原水蝕風蝕交錯區(qū),降雨是淺層地下水與基流的重要補給來源。賦存于溝道淤地壩的淺層地下水隨季節(jié)變化呈現(xiàn)峰谷交替的規(guī)律。該區(qū)淤地壩A土層厚度在4.09~10.35 m,淤地壩B土層厚度在4.52~6.72 m。淺層地下水水位在2017年5月開始明顯下降,6月1日至8月25日A_(80)和B_(50)干涸,A_(340)和A_(510)在8月29日和7月22日水位埋深最深,分別為7.77 m和7.85 m,B_(150)和B_(280)均在8月6日水位埋深最深,分別為4.51 m和4.54 m。9月份水位開始回升,進入秋冬時期,淺層地下水位埋深變淺,A_(80)、A_(340)和A_(510)在9月5日、10月29日和12月25日水位埋深最淺,分別為2.34 m、7.10 m和6.86 m。B_(50)、B_(150)和B_(280)在12月1日、9月25和日12月12日水位埋深最淺,分別為3.08 m,3.33 m和3.76 m。降雨可以補給淺層地下水,淺層地下水以黃土與基巖交界處形成的泉水出流的方式補給至溝道基流。該區(qū)賦存于淤地壩系統(tǒng)內(nèi)的淺層地下水補充途徑主要有兩種方式:1)當整個淤地壩水位埋深小于4 m時,大于30.0 mm的降雨可垂直入滲補給地下水。2)當壩體溝頭水位埋深小于4 m,壩體中部、尾部水位埋深大于4 m時,降水在溝頭以上集水區(qū)以徑流方式匯集,通過溝頭垂直入滲補給地下水,再通過橫向滲流運動至壩尾�；髁康哪陜�(nèi)變化具有峰谷交替的特點,3月份氣溫逐漸回升,凍土開始融化,基流量也逐漸增大,至5月13日達到峰值,值為471.2 m~3·d~(-1)。其后,小流域的植被生長旺盛,植物耗水與蒸騰作用增強,基流量逐漸減小,于7月13日減小至最低值,值為37.0 m~3·d~(-1),8月份隨著雨季的來臨,基流量得到不斷補充而增大,9月3日達到次峰值,值為245.9 m~3·d~(-1)。淺層地下水與基流對降雨的響應(yīng)存在一定的滯后時間,基流對降雨的響應(yīng)滯后時間約4~16天。降雨直接垂直入滲縱向補給淺層地下水時,淺層地下水對降水響應(yīng)的滯后時間約12~54天;降雨通過溝頭匯流入滲橫向滲流補給淺層地下水時,滯后時間約72~93天。(3)在黃土丘陵區(qū),降雨同樣能夠補給淤地壩內(nèi)的淺層地下水,但也存在一定的滯后時間。該區(qū)淤地壩D土層厚度從溝頭至溝尾在4.55~6.55 m。土層厚度是影響降雨響應(yīng)的重要因素,從溝頭至溝尾,隨著土層增厚,淺層地下水水位反應(yīng)敏感程度逐漸減小。淺層地下水隨季節(jié)的變化呈現(xiàn)峰谷交替的規(guī)律,在每年的4月底開始持續(xù)下降,D_(30)、D_(115)和D_(200)在8月17日、7月24日和7月22日水位埋深最深,分別為1.42 m、3.69 m和4.94 m,秋冬時期,淺層地下水位埋深變淺,D_(30)、D_(115)和D_(200)在11月5日、10月19日和11月27日水位埋深最淺,分別為0.21 m、3.20 m和4.30 m。降雨可以補給至淺層地下水,淺層地下水以黃土與基巖交界處形成的泉水出流的方式補給至溝道基流。秋冬季節(jié)基流量較大,夏季基流量最小。5月后,該小流域植被生長旺盛,基流量隨之減小,7月8日流量最小,值為1.0 m~3·d~(-1),8月份隨著雨季的來臨,基流量得到不斷補充而增大,10月26日達到峰值,值為7.8 m~3·d~(-1)。淺層地下水對降雨的響應(yīng)存在一定的滯后時間。降雨通過溝頭匯流入滲橫向滲流補給淺層地下水時,滯后時間約31~49天,比水蝕風蝕交錯區(qū)滯后時間短。(4)在黃土塬區(qū),年內(nèi)降水量呈“少-多-少”的變化趨勢,太陽輻射和氣溫也呈現(xiàn)“小-大-小”的變化趨勢,但位于溝道內(nèi)的泉水流量呈“大-小-大”的變化趨勢。泉水流量在7月17日最小,值為9.1 m~3·d~(-1),在10月29日最大,值為13.4 m~3·d~(-1)。降雨量與泉水流量的變化量呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系(P0.01),降雨量增加,泉水流量變化量隨之增加,說明降雨可能入滲補給至淺層地下水,最終以基流形式排泄至溝道。(5)水蝕風蝕交錯區(qū)和黃土丘陵區(qū)淤地壩系統(tǒng)淺層地下水均隨季節(jié)變化而變化,淺層地下水對降雨的響應(yīng)均存在一定的滯后時間。在5月至9月,植被的生長周期期間,水位先下降后回升。水位埋深和降雨量與淺層地下水的補給密切相關(guān)。降雨量大于30.0mm,在水蝕風蝕交錯區(qū),水位埋深大于4 m與小于4 m的淤地壩存在溝頭匯集入滲橫向滲流補給與直接垂直入滲補給兩種不同的補給途徑,而在黃土丘陵區(qū),水位埋深大于4 m的淤地壩為溝頭匯集入滲橫向滲流補給途徑。溝頭匯集入滲橫向滲流補給途徑,水蝕風蝕交錯區(qū)淺層地下水對降雨的滯后時間大于黃土丘陵區(qū),約多42天。水蝕風蝕交錯區(qū)、黃土丘陵區(qū)和黃土塬區(qū)基流量春夏季較小,秋冬季節(jié)較大�；髁恳泊嬖诜骞冉惶娴娜兆兓�(guī)律,水溫與流量均呈現(xiàn)相反的趨勢,以2017年7月30日至8月3日為例,三個地區(qū)流量達到峰值與最小值的時間不同,水蝕風蝕交錯區(qū)流量約在每日上午6時達到當日峰值,值為7.93 m~3·h~(-1),在下午16時流量最小,值為4.54 m~3·h~(-1);黃土丘陵區(qū)流量約在每日3時達到當日峰值,值為0.09 m~3·h~(-1),在下午14時流量最小,值為0.06 m~3·h~(-1);黃土塬區(qū)流量約在每日下午15時達到當日峰值,值為0.42 m~3·h~(-1),在每日0時流量最小,值為0.37 m~3·h~(-1)。降雨量、黃土層厚度和土壤質(zhì)地等因素與基流量的日變化規(guī)律密切相關(guān)。
【圖文】：

小流域位于半干旱地區(qū)，溝壑縱橫，存在滑坡現(xiàn)象，暴易受到暴雨、徑流的沖刷，地貌類型主要為黃土梁峁丘7.3 mm ，年際變化差異顯著，年內(nèi)不同月份分布極不均的 70%以上。于黃土高塬溝壑區(qū)的中部，海拔 1220 m。研究區(qū)屬暖溫冷暖、干濕分明。近十年年平均降雨量 525.1 mm，降水，6~9 月降水量占全年降水總量的 70%以上。該區(qū)土層深，母質(zhì)為中壤質(zhì)馬蘭黃土，土壤容重在 1.23~1.45 g·cm-3，0~20 m 黃土剖面內(nèi)，粉粒（0.002~0.02 mm）含量最高次為砂粒（0.02~1 mm），，其含量在 25%~40%，但 0.25~最低的為粘粒（< 0.002 mm），在 20%~30%。黃土塬區(qū)塬面平坦開闊，地下水埋深在 40~100 m，含水層厚度 23~10 m3·h-1。在塬區(qū)周邊，由于溝谷對地下水的疏干作用含水層厚度也相應(yīng)變薄，單井泉水流量亦隨之減小。

砸入深度為 1 cm，單環(huán)內(nèi)徑為 10 cm。在砸入單環(huán)的附水率以及其他物理化學性質(zhì)。量取一定量的水小心并快速倒入畢時記錄時間，并倒入第 2 杯等量的水。重復以上過程直到入的入滲時間相同）。試驗結(jié)束后在單環(huán)中用環(huán)刀取土，用烘干。表 2-1 供試土壤的主要物理化學性質(zhì)Table 2-1 Main physical and chemical properties of soiloil properties 風沙土 Sandy soil 黃綿土 Loessial soil X土otal porosity/% 39.40±1.05 44.00±1.50 48.2Sand /% 84.25±1.05 52.50±2.41 2.3 Silt/% 6.46±0.66 35.79±2.52 64.2Clay /% 9.29±0.39 11.71±0.11 33.4ensity /(g·cm-3) 1.61±0.03 1.48±0.04 1.3nic matter /% 0.19±0.02 0.22±0.19 1.8=5。Note: The number of samples n = 5.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P641

【參考文獻】

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本文編號：2698226