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三江平原松花江-挠力河流域融雪入渗对地下水的补给作用研究

摘要

季节性冻土区独特的冻融过程对区域水文过程影响较大，融雪入渗作为其

中重要的水文过程之一，研究融雪入渗对地下水的补给不仅对深入理解季节性

冻土区的水文过程及地下水资源评价至关重要，还对季冻区作物耕种、融雪径

流等研究具有一定的参考意义。目前关于融雪入渗对地下水补给作用的研究主

要以小尺度场地的监测研究为主，而在大尺度季节性冻土区关于融雪入渗对地

下水的补给贡献及入渗机制等研究相对较少。

本研究以中国季节性冻土区三江平原松花江-挠力河流域为典型研究区，基

于研究区的气温、降水、土壤温度和湿度、积雪深度及分布、地下水位等相关

资料数据，分析了冻融期间融雪入渗与地下水位动态之间的补给响应关系，确

定了融雪入渗对地下水的补给量及影响因素，利用同位素示踪技术分析了融雪

水补给地下水的入渗模式，并通过地下水数值模拟预测了冻融期间不同补给情

景下的地下水流情况，具体包括：

（1）通过研究区2019-2020年冻融期间气温、降水、积雪深度、地温和观

测点地下水位等长序列监测数据，分析了气候变化、积雪分布及融化、土壤冻

融过程及地下水位动态之间的响应关系。结果表明：地下水位在融化期间有明

显接受补给的响应，而融雪水的入渗补给是地下水位出现上升转折的主要原因。

（2）利用水位波动法及空间插值法量化了冻融期间融雪水入渗对地下水的

补给量，结果表明：在2016-2020年，有24%-43%的降雪以融雪水的形式入渗

补给地下水。在相同降水量情况下，融雪入渗对地下水的补给量甚至高于非冻

期的降雨入渗补给量，表明春季融雪入渗对地下水具有显著的补给潜力。

（3）利用空间特征分析及相关分析法分别在区域空间尺度上和年际尺度上

对融雪入渗补给地下水的影响因素展开分析。结果表明：在区域空间尺度上，

融雪入渗强度的空间分布受地质岩性的主导控制。而在年际尺度上，总融雪入

渗补给量受年内总降雪量和冻结前表层土壤含水量的主导影响。

（4）利用同位素示踪技术分析研究区地下水的补给来源，并基于融雪水、

I

土壤水、地下水之间氢氧稳定同位素值的显著差异分析融雪水补给地下水的入

渗模式。结果表明：地下水中H-O稳定同位素特征反映地下水接受了地表融雪

水的入渗补给。在不同地质岩性条件下融雪水入渗补给地下水的模式具有一定

差异，松花江流域的融雪水主要以活塞流和优先流两种入渗模式共同补给地下

水，而挠力河流域的融雪水主要以优先流的模式入渗补给地下水。

（5）基于研究区的地质、水文地质、气象水文等数据资料，构建了冻融期

间的地下水流数值模型，分别设置3种补给情景以验证融雪水在不同补给条件

下对地下水的影响。模拟结果表明：季节性融雪集中补给情景下的模拟水位和

实测水位拟合情况拟合效果更好，更符合实际，说明考虑融雪入渗对地下水资

源的补给作用可以提高季节性冻土区地下水资源评价的精度。

通过以上对三江平原松花江-挠力河流域融雪入渗补给地下水的研究，有助

于更深入地理解大尺度季节性冻土区地下水资源的形成和演化机理，可为地下

水资源评价和管理提供科学依据。

关键词：

三江平原，季节性冻土区，融雪入渗，同位素示踪，地下水数值模拟

II

StudyongroundwaterrechargefromsnowmeltinfiltrationinSonghua

River-NaoliRiverBasinofSanjiangPlain

Abstract

Theuniquefreezing-thawingprocessinseasonallyfrozensoilregionhasagreat

impactonregionalhydrologicalprocess.Snowmeltinfiltrationisoneoftheimpo