高校地质学报 ›› 2023, Vol. 29 ›› Issue (4): 580-589.DOI: 10.16108/j.issn1006- 7493.2021104
党 磊1,谢月清1*,汪 钏1,常 勇2,曾献奎1,吴吉春1
DANG Lei1,XIE Yueqing1*,WANG Chuan1,CHANG Yang2,ZENG Xiankui1,WU Jichun1
摘要: 大量基于河流水化学与同位素的研究表明,降雨引起的河流流量增量很大一部分来源于流域内储存的“旧水”,这一现象被称为“旧水悖论”,降雨引起的非饱和带压力波可能是造成这一现象的一个原因。本研究构建了四种不同土壤类型(砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土)的土柱数值实验,重点探讨非饱和带压力波传播过程及其推动地下水快速排泄的可能性,分析“旧水悖论”发生的原因。模拟结果显示,所有土壤中均能观测到压力波现象,第一次强降雨发生后,四种土柱中压力波传播时间分别为1.86、2.84、5.24和7.46天。压力波现象本质上是水力信号的快速传递,并不表示本次降雨的快速流动,实验中当土柱底部对降雨产生响应时,水化学特征还没有同时发生改变,而是分别滞后到6.12、10.33、18.05和30.00天,引起不同土柱压力波波速和土壤水流速的差分别为74.71、51.05、27.08和20.13 cm/d。 研究表明,压力波波速和土壤水流速与土壤特征曲线和饱和渗透系数紧密相关,在所有土壤中砂土中形成的压力波更容易快速传递到地下水。由于流域中非饱和带厚度一般与河流垂直距离成正比,河滨带压力波能够快速传递到地下水,并能够推动土壤水向地下水和河流排泄,这种现象在渗透性较好的土壤中更为明显。本研究为更准确地认识流域水文过程和更好地揭示“旧水悖论”机理提供了重要理论支撑。
中图分类号: