西南喀斯特地區(qū)地下水系統(tǒng)管道裂隙高度發(fā)育，導致地下水邊界難以確定，基于流域面積的傳統(tǒng)水文觀測和研究方法存在局限。隨著同位素水文學的發(fā)展，氫氧穩(wěn)定同位素技術在確定地下水連通性、滯留時間、補給和運移路徑等領域廣泛應用，其示蹤特性使其在喀斯特地區(qū)特殊的水文過程研究中具有明顯優(yōu)勢。
近期，中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特站生態(tài)修復研究團隊博士生胡可在陳洪松研究員和王克林研究員的指導下，以位于中國廣西環(huán)江縣的地下水系較為封閉的木連喀斯特小流域為研究對象，利用氫氧穩(wěn)定同位素技術和流量自動監(jiān)測技術，結合野外實地調查和集總式水文模型，分析了研究區(qū)大氣降水、土壤水、地表水和表層巖溶水的氫氧穩(wěn)定同位素季節(jié)變化規(guī)律，闡明了土壤層和表層巖溶帶的平均水分滯留時間和季節(jié)補給規(guī)律。
研究的主要結論如下：
?。?）表層巖溶泉、土壤基流水和溪水的補給主要來自雨季降雨，且表層巖溶帶比土壤基流水和溪水都含有更多的雨季降雨，反映了洼地深厚土壤對降雨補給的截留和蓄存作用。
?。?）彌散模型在該喀斯特小流域有較好的適用性。相對于坡腳而言，洼地土壤水擁有較淺的阻尼深度，暗示了洼地土壤層發(fā)揮阻滯和平緩下伏巖石帶補給過程的主要作用。
?。?）小流域降雨響應迅速，但產流較少且水分大部分需要流經表層巖溶帶后排泄，揭示了表層巖溶帶在小流域水循環(huán)中扮演著過渡帶和緩沖帶的角色。
?。?）表層巖溶泉的水分滯留時間為56周，短于溪水和基流水。溪水大部分來自于表層巖溶帶，證明了白云巖地區(qū)表層巖溶帶較高的水分蓄持能力和對快速水文過程的延緩功能。
該研究能為西南喀斯特地區(qū)有限水資源的合理配置提供科學依據，同時也為在復雜地質背景下開展流域水文過程研究提供了方法上的參考。上述研究成果以Seasonal recharge and mean residence times of soil and epikarst water in a small karst catchment of southwest China為題發(fā)表在Scientific Reports上。該研究得到了中國科學院西部行動計劃、國家重點基礎研究發(fā)展計劃、國家自然科學基金項目的資助。
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圖1 大氣降水（a）、溪流水（b, c）、表層巖溶水（d）和土壤基流水（e）的氘同位素季節(jié)變化規(guī)律及其模型擬合效果