黄土包气带水分入渗特征的电法层析成像(ERT)证据及其对地下水补给机制的启示

为解决黄土高原包气带水分入渗机制争议，研究人员通过电法层析成像(ERT)技术开展野外入渗试验，揭示了均匀流(uniform flow)与优先流(preferential flow)的动态转化规律(占比分别为57%与43%)，提出包气带可划分为活跃区(active zone)和稳定区(steady zone)，为黄土区地下水补给机制和地质灾害防治提供了新依据。

　　

黄土高原作为中国典型的干旱-半干旱区，其厚层包气带的水分运移机制长期存在科学争议。传统观点认为降水仅能通过优先流(preferential flow)快速补给地下水，但野外观测显示湿润锋深度常不足6米，与水文地球化学证据矛盾。这一认知缺口直接影响了区域水资源评估和地质灾害预测精度。

为破解这一难题，长安大学的研究团队在陕西泾阳北塬开展创新性研究。通过设计为期5天的入渗试验和90天的水分再分布监测，结合电法层析成像(ERT)技术，首次实现了黄土包气带水分运移过程的可视化定量解析。相关成果发表于《Journal of Hydrology》，为理解黄土区水文循环提供了关键证据。

研究采用三大关键技术：1) 原位ERT系统（电极间距0.5m，探测深度12m）实现水分动态无损监测；2) 建立电阻率-含水量经验模型（基于室内土柱实验）；3) 恒定水头控制入渗试验（200cm×50cm试验池）。通过对比入渗期(0-120h)与再分布期(90d)数据，系统解析了水分运移路径特征。

研究结果揭示

1. 入渗速率变化：分三阶段演化，初始速率达1.2m/d，最终稳定在0.65m/d，反映土壤吸力与优先通道发育的动态平衡。
2. 双模态运移机制：入渗期以均匀流为主(57%)，再分布期转为优先流主导(60%)，证实两种路径存在动态转化。
3. 垂向-侧向流差异：稳定后均匀流主要表现为垂向流，而优先流无方向选择性。
4. 包气带分层特征：划分出活跃区（含水量波动显著）和稳定区（含水量恒定但持续下渗），前者深度受入渗持续时间调控。

讨论与结论
该研究颠覆了传统认知，证明均匀流是黄土包气带水分运移的主要形式，而优先流仅在特定条件下阶段性发育。这一发现合理解释了表观湿润锋深度有限与深层地下水补给的矛盾现象——稳定区的持续下渗是地下水补给的关键途径。

研究建立的ERT监测框架为包气带研究提供了新范式，其揭示的水分运移规律对黄土区水资源管理、滑坡预警和灌溉优化具有直接指导价值。未来研究需进一步量化优先通道（如裂隙、根孔）的发育阈值及其气候驱动因素。