[發明專利]基于示蹤技術的壤中流水齡解析的試驗方法

有效

• 申請號: 201710588991.3
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107462684B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 嚴登華;董國強;史婉麗;秦天玲;翁白莎;王浩
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 天津諾德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發明公開一種基于示蹤技術的壤中流水齡解析的試驗方法，包括步驟：1)從采樣地點采集原狀土樣做成試驗原狀土柱；2)取3種示蹤劑分別加入水中，并制成溶液；3)將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到所述試驗原狀土柱中，以模擬降水積水入滲補給土壤水，將第二種示蹤劑溶液通過毛管上升補給土壤水，直至所述試驗原狀土柱中的土壤水達到飽和狀態；4)將第三種示蹤劑溶液同樣以人工降雨的形式入滲到所述試驗原狀土柱中，并在所述試驗原狀土柱的不同高度及底部收集水樣，直至水樣中不再含有第一種示蹤劑和第二種示蹤劑，記錄第三種示蹤劑溶液所用的體積；5)根據土壤樣品采集點的年均降水量，計算此種土壤壤中流的水齡。

技術領域

本發明涉及一種基于示蹤技術的壤中流水齡解析的試驗方法。

背景技術

壤中流是在土壤中沿不同透水性土壤層界面流動的水流，它是徑流的重要組成部分，對流域徑流調節、水源涵養、泥沙遷移、養分流失以及流域水文循環計算都具有非常重要的作用。土壤水分受降雨入滲、灌溉、蒸發、地下水補給等共同作用，變化復雜。

采用示蹤劑可以較好地示蹤水分在土壤中的運移路徑，對壤中流的運移路徑和運移速度進行示蹤研究，同時該方法可以在不擾動土壤的前提下對水分的運移進行示蹤。

入滲是在降雨或灌溉條件下，水分通過土壤表面垂直或水平進入土壤的過程。地下水補給是地下水在土層下部沿土壤毛細管進入土壤的過程。

雨前土壤含水量對壤中流的影響一方面表現在對水分入滲速率的影響上，有研究表明，水分的入滲速率與土壤含水量成反比，同時雨前土壤含水量越大則坡地壤中流產流開始的時間明顯提前。而雨前土壤含水量對壤中流另一方面的影響表現在對于壤中流的補給上，對于相同的降雨而言，雨前土壤含水量越大則壤中流產流量越大，相對較高的雨前土壤含水量是壤中流產生的重要條件之一。

對壤中流的產流來源進行研究時發現，來源可分為新水和舊水，新水即一次降雨徑流事件中補充的水分，而舊水則為降雨前儲存在土壤中或者地表的水分。新水和舊水對于徑流的補充方式各有不同，例如降雨落到地表后，徑流接收到降雨補充的水分開始形成，而當雨水入滲到土壤中以后，降雨前儲存在土壤中的水分(即舊水)會被驅替出來，融入到本次降雨徑流過程中所產生的壤中流中，形成壤中流，進而產生新舊水混合的結果。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于示蹤技術的壤中流水齡解析的試驗方法，通過模擬降水入滲補給與地下水毛管上升補給土壤水的過程，進一步推導出雨前土壤水被完全驅替出突然所需時間，其推算結果誤差小，且便于操作。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于示蹤技術的壤中流水齡解析的試驗方法，其特征在于，包括步驟：

1)從采樣地點采集原狀土樣做成試驗原狀土柱；

2)取3種示蹤劑分別加入水中，并制成溶液；

3)將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到所述試驗原狀土柱中，以模擬降水積水入滲補給土壤水，將第二種示蹤劑溶液通過毛管上升補給土壤水，直至所述試驗原狀土柱中的土壤水達到飽和狀態；

4)將第三種示蹤劑溶液同樣以人工降雨的形式入滲到所述試驗原狀土柱中，并在所述試驗原狀土柱的不同高度及底部收集水樣，直至水樣中不再含有第一種示蹤劑和第二種示蹤劑，記錄第三種示蹤劑溶液所用的體積；

5)根據土壤樣品采集點的年均降水量，計算此種土壤壤中流的水齡。

優選地，所述試驗原狀土柱來源于采樣地點采集的原狀土樣，所述試驗原狀土柱作為一種近自然狀態的土壤形態。

優選地，所用示蹤劑不被土壤顆粒吸附。

進一步，計算采樣地點雨前土壤水被降水從土壤中完全驅替的時間(t)，即水齡，的公式為：