华北平原长期地下水超采造成的包气带增厚对地下水补给过程的影响，一直以来是华北水资源研究中的热点和难点问题。对包气带增厚条件下的地下水补给的时空变化的准确认识，对华北地下水资源的合理开发极为重要。研究评价了华北平原深厚包气带条件下地下水补给的时空变化。采用了气象数据、灌溉模式及土壤水分观测数据驱动的土壤水平衡（SWB）模型，并与深层包气带水分运移模型和饱和带地下流模型相耦合，模拟了华北平原1993-2008年的水流过程和水均衡变化。模型中非饱和带水流模型的底部边界为动态变化的潜水位，而不是常用的定水头边界或自由渗流边界，以更为可靠刻画水位下降对包气带水流过程的影响。模型结果显示包气带增厚增加了非饱和带的储量以及入渗和补给之间的滞后时间，相应地减少了特定时段内的地下水补给。对于地下水位下降大于30m的壤土区，包气带增厚可以导致补给减少达70%。随灌溉抽取地下水导致地下水位下降，包气带增厚使得增加的入渗量转变成了非饱和带存储量，模拟时段内增加的非饱和带储存量相当于饱和带地下水存储量减少量的约30%。表明，对于深厚包气带区，直接将包气带深部渗流量和补给相等同会高估地下水补给量，并低估入渗和补给之间的滞后时间。非饱和存储量变化对与地下水补给的可靠估算和区域水均衡都非常重要，对其认识还有待加强。

（2）华北沉积盆地地下水流动系统的重新认识

华北深层沉积盆地地下水流动系统是地质时间尺度上复杂演化过程的结果。根据地形或潜水位概念化的地下水流动系统通常假设在现代地质背景条件下系统已接近平衡状态。达到这一新的稳定的状态的时间尺度是大型沉积盆地地下水流动系统演化的关键因素。地下水流动系统的动态演变，一直是华北盆地研究的热点。然而，在已建立的区域水流概念模型和环境示踪剂数据之间仍存在矛盾。基于已大量积累的地质、热力学、水化学和同位素的历史数据，研究通过三维地下水流、年龄及热运移模拟对区域地下水流的概念模型进行了修正。模型结果显示，区域地下水排泄通道和位置对于地下水流动系统的概化至关重要，大部分地下水在位于山前和中部平原之间的地形坡度转折带排泄，该地带是华北平原历史上大型湖泊和洼地的主要分布地带，而在区域水流驱动下的向海排泄地下水量非常小。中部与滨海平原深部最大地下水年龄约为100万年，说明在末次冰期或更早补给进入含水层的地下水仍可能滞留在盆地深部，尚未被现今水动力条件控制下的水流所驱替。所建立的概念模型与之前的模型相比与地球化学和地球热力学数据契合度更高。研究认为地下水流动系统与现代水动力条件之间还没有达到新的平衡状态，更可靠的认识可能是将滨海平原下的深层地下水定性为水动力滞留带，其对地貌和水文条件变化的响应是在地质时代时间尺度上发生的。这项研究对华北区域盆地的地下水流系统提出了新的认识，也为华北滨海地区陆海相互关系的深入认识提供了新的依据。

发表的论文如下：

1.      Cao G.L.* (曹国亮), Scanlon B.R., Han D.M.* (韩冬梅), Zheng C.M. (郑春苗), 2016. Impacts of thickening unsaturated zone on groundwater recharge in the North China Plain. Journal of Hydrology (IF=3.043). 537:260-270.

2.      Cao G.L.(曹国亮), Han D.M.* (韩冬梅), Currell M.J., Zheng C.M. (郑春苗), 2016. Revised conceptualization of the North China Basin groundwater flow system: Groundwater age, heat and flow simulations. Journal of Asian Earth Sciences (IF=2.647), http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2016.05.025

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