中国作为世界上煤炭第一生产大国,煤炭产量约占全球产量的一半。鉴于煤炭赋存特点,我国95%的矿区采用井工开采方式,由此造成土地沉陷问题严重,破坏地表水系,引发地质环境问题,最终导致大片农田无法耕种。基于此,我国在采煤沉陷区开展了大规模的土地复垦与生态重建工作。复垦后的土壤水氢氧稳定同位素变化对深刻理解区域水循环特征具有重要意义。水分中氢和氧的同位素构成(?D和?18O)构成,能够反映环境变化的特性,是良好的示踪剂,因此在水循环及水文过程研究中具有特殊价值。鉴于此,本文分别以高潜水位采煤沉陷区(沛县矿区和邹城矿区)复垦土壤为研究对象,采取同位素示踪技术,在分析研究区大气降水、河流水、塌陷坑积水、地下水中氢氧稳定同位素本底值及其季节变化特征的基础上,进一步分析采煤沉陷区复垦土壤水及其氢氧稳定同位素的季节变化特征及垂直剖面变化特征,并与复垦土壤水分可能水分来源本底同位素特征对比,研究不同土地利用方式及不同复垦年限对复垦地土壤水分运移规律及不同水分来源的贡献率。明确塌陷坑积水的主要补给来源,这有利于采取适当的治理措施,控制塌陷坑积水的进一步扩大,保护有限的土地资源。本文得到如下结论:(1)研究区大气降水中?D变化范围分别-92.5‰~-2.4‰,平均值分别为-50.0‰;?18O的变化范围为-13.1‰~-0.55‰,平均值分别为-7.96‰。?D和?18O存在显著的季节变化特征,研究区?D与?18O之间的关系为?D=8.11?18O+14.48(R2=0.9),与全球大气水线相比,斜率和截距偏大,全年相对偏大的d-excess与水汽在输送过程中经历的强烈二次蒸发有关。研究区域内河流水、塌陷坑积水的?D和?18O存在季节效应,即雨季值偏小,旱季值偏大。河流水、塌陷坑积水的?D和?18O的变化幅度比大气降水小。采煤沉陷区地下水?D和?18O由于受到较少的人类活动干扰,常年保持稳定状态。同大气降水、土壤水等各类水体一致,地下水?D和?18O也存在季节变化特征,但不明显。(2)随着复垦年限的增加复垦土壤含水率而逐步增加,并最终趋向一个固定值。其中复垦15年土壤各层含水率明显大于其他复垦年限土壤。不同土地利用类型,土壤含水率的季节变化特征不同,但总的来说,雨季各类型土壤含水率较高,旱季土壤含水率较低,但林地因较强但涵养水源功能,在旱季其土壤含水率在整体上保持较高水平。(3)复垦土壤水?D和?18O变化幅度小于大气降水?D和?18O变化幅度。总的来说,土壤水?D和?18O随土壤深度增加呈现递减规律,到深层次土壤剖面,土壤水?D和?18O接近地下水?D和?18O,并保持稳定。随着复垦年限的增加,土壤水?D和?18O呈现增加特征。表层土壤(0 cm~30/40 cm)由于土壤蒸发蒸腾作用强同位素分馏而发生较大的波动,在深度(30/40 cm—70 cm)下减小,在深层土壤(70 cm深以下)保持稳定状态。林地和农作物对复垦土壤的入渗能力和土壤水的混合强度有较大的影响。因此,植树和种植农作物有利于复垦土壤水分循环与肥力性能改良。(4)采煤塌陷地充填复垦土壤表层水分(农作物:0~30 cm或林地:0~40 cm)的主要来源是大气降水的渗透来源,深层土壤(70 cm以下)的土壤水分主要补给来自地下水,而中深层土层(30/40 cm~70 cm)的土壤水分来源于混合源,即上层土壤水下渗、根系吸附及水势差导致的地下水的上移。