潛水入滲補(bǔ)給研究進(jìn)展

吳慶華，張家發(fā)，嚴(yán) 敏，王貴玲，楊潤生

(1.長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010;2.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061;3.中核第四研究設(shè)計工程有限公司，石家莊 050021)

潛水入滲補(bǔ)給過程是大氣－土壤－植物－地下水系統(tǒng)中水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。地下水入滲補(bǔ)給的實(shí)質(zhì)是包氣帶中土壤水分向潛水含水層運(yùn)移。對地下水入滲補(bǔ)給的機(jī)理研究主要體現(xiàn)于對土壤水運(yùn)移的研究。國內(nèi)外對地下水入滲補(bǔ)給進(jìn)行了大量的研究，主要集中在土壤水運(yùn)移機(jī)理、地下水入滲補(bǔ)給評價方法及其成果應(yīng)用方面。潛水入滲評估也是區(qū)域水資源評價與管理中的核心部分。

1 地下水入滲補(bǔ)給機(jī)理

1.1 土壤水運(yùn)移機(jī)理

部分大氣降雨或灌溉水通過土壤入滲補(bǔ)給地下水。地下水入滲補(bǔ)給過程的實(shí)質(zhì)是土壤水向淺層含水層遷移。研究土壤水運(yùn)移特征可以揭示地下水入滲補(bǔ)給規(guī)律及其機(jī)理。土壤水是指地面以下至潛水面以上范圍內(nèi)土壤中的水分，即非飽和帶中土壤含水量［1］。土壤水是“四水”(大氣降水、地表水、土壤水和地下水)轉(zhuǎn)換的中心元素，在整個水圈中具有核心地位。從20世紀(jì)下半葉到1907年Buckingham提出毛管勢理論之前，人們一直采用形態(tài)學(xué)觀點(diǎn)研究土壤水運(yùn)動，定性描述土壤水的形態(tài)和數(shù)量，能較好地刻畫簡單農(nóng)田條件下的土壤水運(yùn)移［2］。該觀點(diǎn)主要以 ПoCo柯索維奇、гoooooHo維索斯基和AooAo羅戴等前蘇聯(lián)學(xué)者為代表［3］。形態(tài)學(xué)觀點(diǎn)于20世紀(jì)50年代系統(tǒng)傳入中國，對我國土壤水運(yùn)移研究起到積極作用，主要以楊文治［4］、李玉山［5］、邵明安［6］等為代表。毛管勢理論的提出標(biāo)志著能量觀點(diǎn)被正式應(yīng)用于土壤水運(yùn)移研究，逐漸取代形態(tài)學(xué)觀點(diǎn)。1931年Richards導(dǎo)出了土壤水非飽和流方程，開啟了土壤水運(yùn)移的研究從定性走向定量，從經(jīng)驗(yàn)走向機(jī)理之門。能量觀點(diǎn)于1977年12月在杭州舉行的全國第一次土壤物理會議上正式被介紹到國內(nèi)［7］。張蔚榛等［8］較早應(yīng)用勢能理論研究飽和－非飽和土壤水運(yùn)動及溶質(zhì)運(yùn)移問題，并在全國及《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》期刊上開展了系列講座［9－12］，對我國土壤水運(yùn)移研究起到了推進(jìn)作用。能量觀點(diǎn)在我國主要以張蔚榛和雷志棟［13］等為代表。

1.2 土壤水入滲補(bǔ)給模式

1.2.1 均質(zhì)流

土壤水分入滲是土壤水分運(yùn)移最重要的形式之一，是大氣降雨或灌溉水入滲補(bǔ)給潛水的唯一方式。由于解析求解Richard方程十分困難，在實(shí)際工作中很難應(yīng)用，因此發(fā)展了很多經(jīng)典的入滲模型，且假設(shè)土壤為均勻介質(zhì)。Green和Ampt最早在1911年提出入滲理論，建立了經(jīng)典的入滲模型即Green－Ampt模型，其假設(shè)入滲剖面呈階梯狀、鋒面為干濕分明的界面，且土壤初期干燥，能較好地刻畫均質(zhì)性、非疏水性土壤中土壤水入滲遷移。1933年Hor－ton提出的入滲模型考慮了降雨或灌溉強(qiáng)度與入滲率的關(guān)系，即假設(shè)降雨或灌溉強(qiáng)度超過土壤入滲能力將產(chǎn)生地表徑流，反之將全部入滲土壤，這符合田間實(shí)際情況。Philip(1957年)認(rèn)為入滲速率與時間呈現(xiàn)冪級數(shù)關(guān)系。我國學(xué)者對土壤水入滲模式進(jìn)行了大量的研究。王全九、王文焰、邵明安等對Green－Ampt模型進(jìn)行了改進(jìn)，對比分析了清水、渾水、連續(xù)和間歇入滲之間的相互聯(lián)系［14－15］，并對結(jié)皮、植被覆蓋和坡面條件下入滲的適用性進(jìn)行了對比分析［16］，對黃土中水分運(yùn)移入滲模型進(jìn)行修正，修正后的模型適用性較好［17］，以及對該模型在層狀結(jié)構(gòu)性土壤中的適用性作了分析［18］。郭向紅和馬娟娟分析了恒定［19］和變化［20］入滲水頭條件下的Green－Ampt模型。馬英等分析了層狀土壤中禁錮的空氣對土壤水入滲補(bǔ)給地下水的影響，并修改了Green－Ampt模型［21］。

1.2.2 非均質(zhì)流

1.2.2.1 機(jī)理研究

土壤水運(yùn)移及土壤水入滲補(bǔ)給地下水的另外一種模式為捷徑流。形成捷徑流主要原因是由于入滲鋒面不穩(wěn)定和土壤結(jié)構(gòu)造成的。濕潤鋒前被禁錮的土壤空氣可以導(dǎo)致其不穩(wěn)定，土壤的疏水性與大孔隙、團(tuán)聚狀土以及層狀和透鏡狀土壤均會誘發(fā)捷徑流，也稱優(yōu)先流。對優(yōu)先流現(xiàn)象的認(rèn)識與研究標(biāo)志著對土壤水運(yùn)移的研究已由均質(zhì)流走向非均質(zhì)流。優(yōu)先流是指土壤水沿著大孔隙、裂隙、蟲穴洞以及作物根系等優(yōu)先通道，繞過大部分土壤基質(zhì)快速通過土壤介質(zhì)的現(xiàn)象。土壤中優(yōu)先流主要有大孔隙流、指流和漏斗流，但在田間大孔隙流普遍存在，對潛水入滲補(bǔ)給影響顯著［22］。1864年Schumacher發(fā)現(xiàn)土壤入滲主要受大孔隙影響，其主要動力為重力勢能，以及1882年Lawes等在研究降雨與排水關(guān)系時發(fā)現(xiàn)大部分降雨快速通過土壤排泄，這是早期對優(yōu)先流的認(rèn)識記載，但直到20世紀(jì)60年代才被科學(xué)家們重視起來［23］。Keith(1982年)分析了大孔隙對降雨入滲補(bǔ)給的影響，對大孔隙形成原因進(jìn)行了分類總結(jié)。同時提出了缺乏對大孔隙最小尺寸的明確界定，這在一定程度上對大孔隙優(yōu)先流的研究帶來不便［22］。Larsson等(1999年)分析了疏水性砂性土中優(yōu)先流現(xiàn)象，結(jié)果表明優(yōu)先流降低土壤含水量，增加地下入滲補(bǔ)給量，加速地表污染物進(jìn)入含水層［24］。由于長期的優(yōu)先流作用，改變了歷史事情核素在土壤中的分布，使其快速進(jìn)入地下水［25］。Bundt等對優(yōu)先流路徑中生物作用進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示優(yōu)先流路徑是生物活動集中場所，有機(jī)碳和氮含量明顯高于土壤基質(zhì)［26］。田間土壤在機(jī)械作用下，土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，Mooney等認(rèn)為固結(jié)作用能促進(jìn)砂土優(yōu)先流發(fā)育，加速灌溉水或降雨入滲補(bǔ)給地下水，但會抑制粘性土壤中優(yōu)先流發(fā)育［27］。Weiler等對不同初始土壤含水量、灌溉速率與土壤質(zhì)地下的水流模式進(jìn)行了分析，大孔隙流、基質(zhì)流以及兩者之間相互作用在土壤剖面上呈現(xiàn)不同分布規(guī)律［28］。Jarvis等研究了近飽和條件下疏水性土壤中優(yōu)先流發(fā)育情況，土壤接近飽和時能激發(fā)大部分大孔隙，優(yōu)先流作用增強(qiáng)，但有部分結(jié)構(gòu)性土壤孔隙因?yàn)槠涫杷远幢患せ睿?9］。Wuest等對比分析了含有少量土壤團(tuán)塊的砂性壤土在耕作與未耕作情況下優(yōu)先流發(fā)育模式，未耕作地的土壤入滲速率明顯高于耕作土壤，表明耕作工藝破壞了部分大孔隙與地表的連接，使灌溉或降雨時大部分土壤水涵養(yǎng)在耕作層［30］。Harpold等分析了由土壤管洞和泉所形成的水平優(yōu)先流對大尺度流域側(cè)向補(bǔ)給的影響［31］。Alaoui等對比研究草地與森林土壤中優(yōu)先流現(xiàn)象對地表徑流和入滲補(bǔ)給的影響，森林植被根系粗深，能快速將雨水運(yùn)移到深部，且草地因地表土壤被翻耕，破壞了耕作層下的大孔隙與地表的連通，導(dǎo)致森林土壤優(yōu)先流作用更加顯著［32］。

1.2.2.2 方法研究

目前對優(yōu)先流的研究方法分為直接法和間接法。直接法主要為示蹤法在國際上普遍采用。示蹤法可以對比定量研究優(yōu)先流在土壤入滲以及補(bǔ)給地下水過程中的作用。染色法是其中最常用的一種。染色劑直接染色水流所經(jīng)過的路徑，具有直觀、準(zhǔn)確之優(yōu)點(diǎn)，且成本低，易操作，被科研工作者廣泛應(yīng)用。Forre等系統(tǒng)介紹了利用染色研究土壤優(yōu)先流，提出了染色剖面拍攝照片校正處理程序，為以后科研工作者提供參考［33］。Flury和Wai總結(jié)了多種示蹤劑在優(yōu)先流研究中應(yīng)用情況，如溫度，同位素(3H，18O，15N，82Br等)，無機(jī)陰離子(Cl－，I－，Br－等)，碳氟化合物(CFCs)，SF6，苯酸，孢子，膠體，微生物以及染色劑等［34］。亮藍(lán)和熒光素因其顯著的顯色效果、低吸附性、易水溶性、易檢測性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于優(yōu)先流研究。用染色技術(shù)可以獲得高精度3D土壤水流模式，通過對土壤高精度切片、取樣，測試其染色劑含量，對比分析染色劑含量與成圖色彩關(guān)系，客觀反映水流模式，定量評價優(yōu)先流對土壤水入滲補(bǔ)給地下水的作用［35－42］。間接方法主要是通過測量含水量變化，土柱溶質(zhì)穿透曲線等方法研究優(yōu)先流。在土壤剖面安裝一系列土壤含水量(TDR)或水勢(陶土頭)探頭，是研究土壤剖面水流特征的常用辦法，但高密度設(shè)備插入對土壤結(jié)構(gòu)破壞很大，影響優(yōu)先流研究。隨著CT技術(shù)的進(jìn)步，利用X射線成像技術(shù)可以對土壤柱體掃描，解譯土壤結(jié)構(gòu)，提取水流模式，其精度高于田間染色示蹤，但其應(yīng)用成本較高，研究尺度小，難以在野外使用，限制了該方法在此領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用［43－44］。也有學(xué)者利用地質(zhì)雷達(dá)研究較顯著的地下優(yōu)先流通道(大裂隙等)，具有測試便攜、原位、成本低且對中－小尺度具有很強(qiáng)的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上彌補(bǔ)了其他方法在研究尺度上的局限性。該方法可能將成為研究田間以上尺度的優(yōu)先流的有效方法之一［45］。我國學(xué)者對優(yōu)先流的研究起步很晚。區(qū)自清等研究了凍融和干濕交替過程對大孔隙形成的作用，結(jié)果表明凍融較干濕過程更容易形成大孔隙優(yōu)先流，并輔以室內(nèi)土柱溶質(zhì)穿透曲線驗(yàn)證［46］。王煥之探討了水稻田中裂隙通道形成的優(yōu)先流現(xiàn)象，分析了影響土壤裂隙形成的相關(guān)因素［47］。郭會榮、齊登紅等通過地中滲透儀研究了降雨過程中優(yōu)先流的形成機(jī)制，定量評價了優(yōu)先流在土壤水入滲補(bǔ)給地下水的比重［48－49］。染色切片試驗(yàn)和室內(nèi)土柱穿透實(shí)驗(yàn)均被普遍應(yīng)用于包氣帶優(yōu)先流定量研究，并取得了較好效果［50－52］。目前對土壤優(yōu)先流模擬主要采用兩區(qū)模型和兩流區(qū)模型。這2個模型的共同點(diǎn)是將整個土壤介質(zhì)分為2個區(qū)，兩區(qū)模型假設(shè)將其分為可流動區(qū)和不可流動區(qū)，而兩流區(qū)模型則分為快速流動區(qū)(優(yōu)先流)和慢流動區(qū)(基質(zhì)流)［53－57］。兩流區(qū)模型能更加真實(shí)地反映土壤水流實(shí)際運(yùn)移情況，但其所涉及的參數(shù)眾多，難以獲取，為模擬預(yù)測研究帶來障礙。

綜上所述，目前對優(yōu)先流的研究主要集中于如何定量與定性研究優(yōu)先流現(xiàn)象，對其產(chǎn)生的機(jī)理研究相對較少。如何將染色與CT技術(shù)所獲得的高精度3D水流信息應(yīng)用于數(shù)值模擬將是未來優(yōu)先流數(shù)值模擬的重要方向。雖然兩區(qū)模型與兩流區(qū)模型被廣泛應(yīng)用于優(yōu)先流研究，但其精度不夠，其假設(shè)整個流區(qū)分為2個流區(qū)。事實(shí)上，土壤大孔隙(大于50 μm)直徑大小、彎曲和連通程度不同，其導(dǎo)水率不同，原則上需要根據(jù)大孔隙滲透系數(shù)大小將土壤大孔隙流區(qū)分為若干亞區(qū)，真實(shí)反映土壤水流模式，但由于超過兩區(qū)以上模型所涉及的參數(shù)非常之多，大部分參數(shù)在實(shí)際工作中難以獲得，導(dǎo)致其在研究中很少應(yīng)用。

2 地下水入滲補(bǔ)給評價方法

研究地下水入滲補(bǔ)給的方法主要有示蹤法、地下水位波動法、地中滲透儀法、水均衡法、零通量面法和數(shù)值模擬法等，但每種方法都有其使用的適用性。同時采用多種方法對比評價是目前研究地下水入滲補(bǔ)給的主要趨勢。

2.1 示蹤法

示蹤劑包括環(huán)境示蹤劑、歷史核素示蹤劑、人工示蹤劑。

(1)環(huán)境示蹤劑:常用的環(huán)境示蹤劑為Cl－。降雨中的Cl－入滲土壤，因土壤蒸發(fā)與作物蒸騰作用使Cl－濃度增加，入滲到耕作層下，其濃度不再發(fā)生變化。假設(shè)在整個土壤水運(yùn)移過程中Cl－總量不發(fā)生變化，則根據(jù)Cl－總質(zhì)量守恒可評價年均地下水入滲補(bǔ)給量［58－59］。在 Cl－來源清楚的條件下，能獲得較理想的年均地下水入滲補(bǔ)給量。Cl－的主要來源包括大氣降雨的干濕沉降(粉塵重的地方尤其重要)、農(nóng)藥化肥和植物軀干中的Cl－，但在多數(shù)情況難以獲得準(zhǔn)確的氯源數(shù)據(jù)，因此Cl－均衡法僅在天然地區(qū)廣泛應(yīng)用［58－65］。

(2)人工核素:人工核素是指20世紀(jì)50—80年代期間核試驗(yàn)所釋放出的大量核素，如3H，36Cl等，這些核素隨降雨或粉塵沉降入滲地表，其原理和環(huán)境示蹤劑Cl－一樣［66］。此方法要求包氣帶厚度足夠大，確保研究時人工核素峰值在包氣帶內(nèi)。如華北平原大部分地區(qū)人工核素鋒面基本上運(yùn)移至地下水位，則此方法不適用。

(3)人工示蹤劑:在人類活動強(qiáng)烈地區(qū)，無法采用自然環(huán)境示蹤劑評價地下水入滲補(bǔ)給量［67］，人工示蹤劑法彌補(bǔ)了此不足。人工示蹤劑分為固態(tài)和液態(tài)，氚和Br－廣泛應(yīng)用。氚是研究土壤水運(yùn)移的最理想示蹤劑，但毒性大，不適宜大面積使用，且其測試程序繁瑣，成本過高。Br－是較理想示蹤劑，土壤的負(fù)電荷性可能會使評價結(jié)果稍微偏大［68－69］。原則上應(yīng)該采用飽和Br－溶液示蹤，其投放的示蹤劑量不能太大(小于5 cm)，特別是在入滲補(bǔ)給較小地區(qū)(如年入滲量小于10 mm的衡水地區(qū))，否則其評價結(jié)果嚴(yán)重失真。針對年補(bǔ)給量較小地區(qū)，采用投入足量的固態(tài)示蹤劑，根據(jù)示蹤劑質(zhì)量守恒與平均溫度下示蹤劑溶解度評價該地區(qū)年入滲補(bǔ)給量［70］。

2.2 地下水位波動法

地下水位波動法是一種較為常用的區(qū)域上評價地下水入滲補(bǔ)給的方法，忽略側(cè)向補(bǔ)給。該方法的優(yōu)點(diǎn)是回避了土壤水入滲補(bǔ)給包氣帶的復(fù)雜性，但其評價精度依賴于含水層釋水系數(shù)［71］。此方法在人類活動強(qiáng)烈的河北平原(農(nóng)灌與工業(yè)開采)難以適用。

2.3 地中滲透儀法

地中滲透儀是直接測量土壤蒸發(fā)、作物蒸騰以及地下水入滲補(bǔ)給的精確方法，其他評價方法均以此為驗(yàn)證參考依據(jù)，因此被廣泛應(yīng)用于地下水入滲補(bǔ)給研究。地中滲透儀地表尺寸一般在0.01～300 m2，深度必須大于表面種植作物最大根長，一般在幾十厘米到20 m不等［72］。早期(1944年Delj)文獻(xiàn)記載的滲透儀存在不足，如表面積過小，限制作物根系發(fā)展，邊界效應(yīng)顯著以及滲透儀中采用擾動土壤等。Kitching等針對此不足，將滲透儀表面積擴(kuò)大至100 m2，深度為3.9 m，其計算結(jié)果與采用均衡法相比偏高［73］。1971年在美國華盛頓建立了迄今為止最深(18 m)的地中滲透儀［74］。

我國自20世紀(jì)60年代以來，在全國各主要科研試驗(yàn)場(如中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所衡水和正定試驗(yàn)場，中科院欒城、禹城等試驗(yàn)場，以及農(nóng)科院，環(huán)境科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)高等院校學(xué)習(xí)研究基地)建起了不同規(guī)格的地中滲透儀，最大深度為6 m。

2.4 水均衡法

利用水均衡原理評價潛水入滲補(bǔ)給量，稱為水均衡法。該方法僅適用于補(bǔ)給與排泄項都能準(zhǔn)確獲取的區(qū)域。吳慶華等［75］采用該方法評價了欒城地區(qū)地下水入滲補(bǔ)給量，該方法回避了土壤的非均質(zhì)性問題，但需要同時監(jiān)測降雨量、灌溉量、植物截留量、植物蒸發(fā)蒸騰量以及土壤儲水變化量等數(shù)據(jù)，具有耗時、投入大等缺點(diǎn)。該方法既能適用于小尺度的田間地塊，也能適用于大尺度的流域與平原的地下水入滲補(bǔ)給量的評價，但其評價精度高度地依賴于研究區(qū)的補(bǔ)給與排泄項的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.5 零通量法

零通量法:當(dāng)已知土壤剖面上某一斷面土壤水分通量為零時，以及土壤剖面的含水量，根據(jù)水流連續(xù)性方程可推算另一斷面處的水分通量［75］。該方法于1982年由中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所引入國內(nèi)，先后在其科學(xué)試驗(yàn)場(南宮和石家莊站等)應(yīng)用研究，然后在全國推廣。以荊恩春、張光輝等［76］為代表對零通量法進(jìn)行了深入研究［76－77］。但在深厚包氣帶，如果負(fù)壓計或土壤含水量采用人工讀數(shù)，則需要耗費(fèi)很長時間，針對此缺點(diǎn)張光輝等提出了水量差計算法和水量差圖解法評價淺層土壤入滲補(bǔ)給量，較好地解決了此問題。吳慶華等［78］利用欒城試驗(yàn)場長序列動態(tài)土壤含水量與水勢監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析計算了2004年入滲補(bǔ)給量為28.2 mm，比均衡法小34.8 m，表明零通量法在結(jié)構(gòu)性土壤(如含有根系、蟲洞和土壤裂隙等的土壤)中，其評價結(jié)果偏小。但零通量面并不是長期存在，因此采用零通量面存在期獲取相關(guān)參數(shù)，利用定位通量法計算評價全年任何時刻任何位置的土壤水入滲補(bǔ)給量。隨著TDR和土壤水勢自動檢測技術(shù)的進(jìn)步與成功推廣，零通量面與定位通量面法將是一種精度較高、代表性強(qiáng)、時間尺度大、監(jiān)測頻率高的適用方法。

2.6 數(shù)值模擬法

目前模擬包氣帶水流運(yùn)移的數(shù)值模型主要是基于Richard方程，代表性模型有 HYDRUS，MODFLOW－SURFACT， STOMP， SWAP， TOUGH2 和VS2DI等 軟 件，?imunek，Panday and Huyakorn，White，SWAP，F(xiàn)insterle和Healy分別對上述軟件近30 a在包氣帶研究應(yīng)用中取得的成果進(jìn)行了綜述［79］。?imunek對比分析了雙孔隙、雙流區(qū)以及三區(qū)模型在優(yōu)先流土壤中的應(yīng)用，認(rèn)為目前缺少測量上述模型參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)辦法，導(dǎo)致了這些模型只能較好地應(yīng)用于邊界條件較好定義的研究區(qū)［79］。隨著研究時空尺度和數(shù)據(jù)量增加，導(dǎo)致一些軟件如HYDRUS－1D只能利用10個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)反演，且總數(shù)據(jù)受限，如深厚包氣帶(如中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所正定試驗(yàn)場大口井31 m)長時期(如1 a以上)模擬就難以應(yīng)用。Lu等［80］利用 HYDRSU－1D 模擬了河北平原典型地區(qū)(鹿泉、欒城、衡水、滄州和德州)潛水年入滲補(bǔ)給量，其模擬結(jié)果與人工示蹤劑結(jié)果基本吻合。畢經(jīng)偉等［81］運(yùn)用 HYDRUS－1D 模擬了夏玉米種植區(qū)土壤水入滲，結(jié)果表明23.7%降雨或灌溉水入滲補(bǔ)給地下水。

目前，采用多種評價方法的聯(lián)合運(yùn)用，相互對比，以保證評價精度。如Dassi利用氯質(zhì)量平衡法和降雨中氚示蹤方法對比研究了南非淺層地下水入滲補(bǔ)給量［82］。Horst等采用 CFCs(chlorofluorocarbons)和放射性同位素(14C和氚)評價了墨西哥Silao－Romita盆地地下水入滲補(bǔ)給過程以及灌溉對地下水的影響［83］。Coes等同時采用地下水位波動法、Darcy法和環(huán)境示蹤劑法對比評價了美國北卡羅萊納州海濱盆地地下水入滲補(bǔ)給速率［84］。Scanlon和汪丙國等總結(jié)了上述各種評價地下水入滲補(bǔ)給的方法，提出了每種方法的適用條件，且建議綜合采用多種方法，有效提高評價精度［72，85］。

3 研究展望

對地下水入滲補(bǔ)給的研究是地下水資源評價、農(nóng)業(yè)水資源利用以及地下水污染風(fēng)險評估的重要內(nèi)容，也是“四水”轉(zhuǎn)化、水圈循環(huán)研究的核心專題。但目前對其研究存在明顯不足，主要表現(xiàn)在以活塞流、達(dá)西流為理論的評價方法難以適用。盡管優(yōu)先流的提出標(biāo)志著應(yīng)用非均質(zhì)流理論研究土壤水運(yùn)移與地下水入滲補(bǔ)給成為可能，但仍處于初步階段。因此，結(jié)合上文分析，認(rèn)為以下幾方面為地下水入滲補(bǔ)給的重點(diǎn)、難點(diǎn)與熱點(diǎn)問題:

(1)開展以示蹤法為主的田間原位試驗(yàn)，采用多流區(qū)模型修正傳統(tǒng)峰值方法。重點(diǎn)開展深厚包氣帶土壤水運(yùn)移研究，揭示土壤水入滲補(bǔ)給機(jī)理演變規(guī)律。

(2)開展結(jié)構(gòu)性土壤中優(yōu)先流研究，重點(diǎn)是對土壤結(jié)構(gòu)精細(xì)刻畫。利用CT、地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行土壤空間結(jié)構(gòu)高精度刻畫，將優(yōu)先流土壤水運(yùn)移、地下水入滲補(bǔ)給過程進(jìn)行可視化，揭示優(yōu)先流激活機(jī)理。

(3)開展地下水入滲補(bǔ)給規(guī)律的尺度效應(yīng)研究。隨著研究尺度的變化，土壤水運(yùn)移規(guī)律不同。不同尺度下的研究成果僅能適用于相應(yīng)研究尺度的科學(xué)問題與實(shí)際應(yīng)用。

(4)開展地下水入滲補(bǔ)給過程中農(nóng)藥化肥等污染物運(yùn)移規(guī)律的研究，為地下水污染分析評估提供科技支撐。

(5)開展土壤氣態(tài)水運(yùn)移規(guī)律以及空氣的禁錮作用對土壤水運(yùn)移影響的研究。

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