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近年来华北水资源短缺问题日益严重，而对作为重要地下水侧向补给源的太行山区的水循环机理研究还较为缺乏。环境同位素技术作为近年来兴起的一种新的研究水循环过程变化的技术途径，可用于研究区域大气降水来源，判断地下水组成的不同来源、估计土壤水蒸发下渗及地下水的补给机理、分割河流流量变化曲线、区分基流与洪峰等等。
本研究是以位于太行山北部的河北易县崇陵流域为研究对象，在流域内选择了太行山区有代表性的三种典型植被荒草、刺槐、侧柏，分别作为荒草地、阔叶林地、针叶林地三种不同植被覆被类型的代表。安装降水、土壤水采集器、负压计，连续监测典型植被坡面下土壤含水量变化，降水后采集土壤水样。在流域内进行降水量的自计和人工观测，并采集降水样。此外对流域内选取若干地下水井进行水位变化监测，定期采集地下水水样。取得的降水、土壤水、地下水水样进行室内的环境同位素测定。通过分析降水入渗过程中降水、土壤水、地下水的环境同位素特征，以及不同植被覆被下的土壤水势变化，结合降水数据、地下水位变化等来摸清不同植被和降水条件下降水的入渗过程及其规律。
论文内容主要基于崇陵流域2004-2006年的实验数据完成，将研究成果总结如下：
(1)通过对大气降水中δ D和δ18O的关系进行研究，首次给出了太行山区崇陵流域的大气降水线方程：δ D=6.356δ18O-6.769，R2=0.8394，n=123
降水线方程斜率、截距均小于全球降水线，表明当地降水经历了较强的同位素分馏作用。降水线方程与邻近地点具他人所获得的降水线方程相近，反映了受到大致同样的季风控制作用。降水中环境同位素时间变化波动大，在干旱的春秋季富集，在湿润的雨季则相对贫化。观测期内降水中环境同位素变化无明显降水量效应、温度效应。
(2)对荒草、刺槐、侧柏三种不同植被类型覆被下土壤水势分析表明，三者在季节变化上基本相同，春季土壤水势缓慢下降，土壤水处消耗状态，夏季土壤水势波动较大，在雨季前土壤水势下降较快，雨季时土壤水得到补给，秋季土壤水势又呈下降趋势，最后趋于稳定。其中10-30cm土层变化较剧烈，深层70-115cm变化较缓慢。暴雨后各层土壤水势差异不明显，降水可入渗至70cm以下。
在丰水年各层土壤水势都普遍偏高，但在春季丰水年土壤含水量并不高于枯水年，土壤水势年变化幅度小于枯水年，这与丰水年降水主要集中在夏季，春秋季降水较少有关。分析结果表明不同植被类型在土壤耗水上，刺槐林土壤耗水最大，荒草地次之，侧柏林土壤耗水最少。
(3)首次获得太行山区崇陵流域不同植被覆被下土壤水环境同位素关系曲线：荒草地：δD=3.500δ18O-25.717。R2=0.626，n=39刺槐林：δ D=4.586δ18O-18.082，R2=0.539，n=56侧柏林：δ D=4.280δ18O-21.171,R2=0.654，n=41
土壤水来源于降水，降水入渗后土壤水中环境同位素都呈富集趋势，其中荒草地土壤水环境同位素分馏作用强于刺槐林地和侧柏林地。不同植被覆被下土壤水中同位素的时间变化波动较大，对降水中的同位素变化有一定的响应关系，深层次土壤水的同位素变化则有一定滞后性。
在剖面垂向空间变化上基本上有两种类型，随深度增加呈富集的趋势。荒草地土壤水同位素变化的活跃层和垂向变化的拐点在30cm左右，刺槐林地和侧柏林地在50cm左右。土壤水中稳定同位素δ D和δ18O的时空分布特征，反映了一种降水入渗和蒸发的平衡关系，其垂向空间变化很好地记录了降水从地表向下入渗的过程。
(4)对荒草、刺槐、侧柏三种不同植被覆被条件下的土壤水势随降水量的时间变化分析表明，土壤水势对降水量响应的快慢差异，反映了不同植被类型下土壤入渗性能的差异，在土壤类型相近的情况下，林地土壤入渗性能较好，在本研究中，侧柏林地土壤入渗性能最好，刺槐林次之，荒草地最差。
根据降水前后负压计土壤水势变化对降水入渗量进行估算，计算结果表明降水入渗量主要受到降水量的影响，尤其在降雨量大时比较明显。对于5mm以下的小雨，其降水入渗量一般接近于0，在无连续降水条件下，无法入渗至10cm以下土层，很快通过蒸发和植被蒸腾的形式被消耗。但在降雨较小时，还受到各种因素的综合影响，一般与土壤前期含水量有关，在降水量接近、土壤前期含水量高时，土壤蓄水空间较小因而降水入渗量少。
根据土壤水中环境同位素的垂向剖面变化，在活塞流入渗条件下可对非饱和状态下的平均土壤水入渗速率进行估算。
(5)通过对2004-2006年的观测井的水位变化分析表明，太行山区崇陵流域地下水位变化相对稳定，呈缓慢下降趋势，只在丰水年地下水得到补给，地下水的补给只在暴雨或有连续大降雨时发生。
地下水中δ D和δ18O变化不大，总体变化较大气降水和土壤水小，通过分析地下水中环境同位素δ D和δ18O的关系，发现在降水对地下水补给量大的年份，地下水的δ D和δ18O线性相关关系显著，降水对地下水补给作用小时δ D和δ18O相关关系较差。地下水环境同位素变化对降水环境同位素的响应程度，反映了降水对地下水的补给程度。流域内地下水受到降水和河水的共同补给，环境同位素特征分析表明，流域内不同地点所受降水补给大小程度不同，可能与其所处的地理位置有关。在受人类活动影响较大的情况下，地下水中的环境同位素变化同地下水位波动没有明显的对应关系。
论文创新之处主要在于：数据主要来源于原创性实验研究；首次对太行山区崇陵流域降水入渗过程中环境同位素的特征变化进行了分析，获得降水、土壤水、地下水中环境同位素关系；选择了太行山区有代表性的三种典型植被，对不同植被覆被下土壤水的时空动态变化特征和环境同位素特征进行了对比分析，阐明了山区不同植被覆被下的降水入渗过程及其规律。