【摘 要】
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卫宁平原位于黄河上游宁夏西部,是中国西北重要的粮食生产基地。平原内60%以上的土地为农田,是典型的引黄灌区。由于平原内地下水埋深浅,受灌溉入渗影响大,平原内地下水硝酸盐污染较为显著,浅层地下水已不被饮用,地下水安全情况不容小觑。开展农业灌溉对地下水环境影响的研究,可以为合理利用灌溉水资源,保证卫宁平原地下水安全提供科学依据。本文以卫宁平原为研究区,通过收集资料、野外调查和取样、原位灌溉入渗试验、室
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“垃圾渗滤液影响下黄土渗透性演化的水文生物地球化学动力学机制研究”（42072286）； 国家自然科学基金组织间国际（地区）合作研究项目“农业灌溉影响下含水层渗透性及地下水质演化机理”（41761144059）； 中国博士后科学基金“厚包气带农灌区松散含水层地下水质演化机理”（2016T90878）；
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卫宁平原位于黄河上游宁夏西部,是中国西北重要的粮食生产基地。平原内60%以上的土地为农田,是典型的引黄灌区。由于平原内地下水埋深浅,受灌溉入渗影响大,平原内地下水硝酸盐污染较为显著,浅层地下水已不被饮用,地下水安全情况不容小觑。开展农业灌溉对地下水环境影响的研究,可以为合理利用灌溉水资源,保证卫宁平原地下水安全提供科学依据。本文以卫宁平原为研究区,通过收集资料、野外调查和取样、原位灌溉入渗试验、室内样品处理分析,结合硝酸盐氮氧同位素示踪、数值模拟、集对分析和小波分析等多种分析方法,研究卫宁平原农业灌溉对地下水环境的影响。主要取得以下研究成果:（1）对灌溉条件下卫宁平原浅层地下水的水化学组成、分布、形成与演化进行了分析。非灌期地下水中主要离子含量高于灌期,且其空间分布特征表现为灌期西高东低,非灌期相反,高值区域变化方向与地下水水流方向一致。灌区地下水水化学类型主要为SO4·Cl-Ca·Mg型、HCO3-Ca·Mg型和SO4·Cl-Na型,主要影响因素是水岩相互作用和蒸发—浓缩作用;而非灌区水化学类型主要为SO4·Cl-Ca·Mg型和SO4·Cl-Na型,主要影响因素为人类活动及水岩相互作用。（2）通过原位监测,揭示了灌溉条件下包气带和饱和带水盐运移规律。灌溉水入渗过程中,表层0～80 cm深度范围内土壤中SO42-和Ca2+发生淋溶作用,Na+和Cl-在20～140 cm深度范围内发生淋溶作用,导致地下水盐分含量显著增大。结合土壤及地下水硝酸盐氮氧稳定同位素溯源分析,结果表明灌溉条件下土壤中的硝酸盐随灌溉水向下迁移进入含水层中,化肥的施用仅增加了表层土壤中氨氮的含量,氨氮进一步转化为硝态氮后,可随灌溉水的入渗进入含水层中。（3）基于实测数据,利用Hydrus-1D建立了水盐运移耦合模型,对不同灌溉条件下包气带和饱和带水盐运移过程及其影响因素进行分析。结果表明,灌溉入渗补给量随单次灌溉量的增加而增大,随地下水位埋深增大而减小。土壤盐分的淋洗主要受单次灌溉量的影响,单次灌溉量越大,土壤达到最大洗盐率所用的时间越短。地下水埋深越大,洗盐率越高,盐分累积深度越大。单次灌溉量为100～150 mm时,研究区灌溉入渗补给量约为1.49×10~8～2.86×10~8 m~3/a,水位抬升的幅度约为1.29～2.47 m,盐分补给量约为5.69×10~7～1.05×10~8 kg/a,硝酸盐补给量约为5.16×10~6～8.56×10~6 kg/a。（4）阐释了地下水位波动对地下水化学场的影响。对地下水位和水质变化进行周期性分析表明,地下水水质指标的变化在4～8个月、8～12个月和12～16个月3个时间尺度上具有周期性,与灌区地下水位变化周期相符,并且与农业灌溉时间大致相同。不同深度土壤盐分含量和地下水中离子含量关系表明,土壤易溶盐含量随土壤深度的增加而减小,越靠近地下水位埋深处土壤盐分含量越小。利用信息统计方法量化地下水位波动对地下水TDS含量的影响,发现水位波动变化不是影响地下水TDS含量的主要因素,其影响程度约为22.41%。
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