主要研究成果以“Effects of Human and Tectonic Activities on Groundwater in the Upper Yellow River Terraces of the Loess Plateau”为题发表在水文学Top期刊Journal of Hydrology(论文第一作者为地质科学与矿产资源学院曾润强副教授,通讯作者为孟兴民教授和博士生张宗林);以“2023 Jishishan Earthquake-triggered river terrace landslide enabled by tectonic and human activities”为题发表在Nature自然灾害类唯一合作期刊npj Natural Hazards上(论文第一作者为博士生张宗林,通讯作者为曾润强副教授)。以上研究受到了国家重点研发计划(2023YFC3008403)、国家自然科学基金重点项目(42130709)、中央引导地方科技发展资金项目(23ZYQA0326、24ZYQA046)、国家自然科学基金青年学生项目(423B2705)、甘肃省重点研发计划项目(22YF7FA021)等的联合资助。
研究结果显示河流阶地上的裂隙是地表水下渗的主要通道,这些裂隙的形成与区域构造活动密切相关(图1);构造成因的裂隙网络系统提高了地表水补给地下水的效率,并能在黄土内部形成集水区,增加了土壤饱和度,这一结论改变了学界对黄土高渗透性的传统认识。研究指出人类灌溉活动和构造活动的影响可以显著缩短地下水对地表水的响应时间,这个时间的缩短可能超过传统认知一个数量级,揭示了人类灌溉活动与新构造运动对地下水运移的影响机制,并创新性地刻画了黄土区地表水入渗方式与渗透介质的关系(图2)。2023年12月18日积石山地震后,研究团队对官亭盆地黄土结构迹线和阶地地下水进行了实地调查,结果进一步证实了黄土高原河流阶地区人类灌溉活动和构造运动/地震导致地下水分布快速演变机制的普适性。

图1. (a)黑台地区历史地震震中和等震线, (b) 黑台构造裂缝(C1-C5)的空间分布和结构迹线(T1-T5)的位置

图2. 黄河阶地地下水补给方式的示意图

图3. 金田村滑坡-泥石流滑动源区失稳模式
针对2023年12月18日积石山Ms 6.2级地震诱发的官亭盆地(黄河三级阶地)滑坡-泥流灾害(图3),研究结果揭示了地貌单元、构造运动和人类活动如何控制本次滑坡的形成,并发现了一种新的地震诱发的滑坡破坏模式,这类滑坡以双层液化为主,并可能广泛存在于河流阶地之上(图4)。这些研究不仅为河流阶地灌溉区潜在滑坡风险预测提供了新的理论基础,警示人们需要紧急评估构造活跃的黄土高原河流阶地灌溉区滑坡的易发性,也为类似区域平衡人地关系、开展地质灾害防灾减灾提供了新启示。

图4. 金田村滑坡-泥石流的成因和破坏模式图

