在干旱半干旱地区（全球旱区面积约占陆地总面积的45%），包气带通常较厚且降水入渗补给量总体有限，但降水入渗补给方式（捷径流/活塞流）影响着地下水的属性：如果是活塞流，则包气带水缓慢入渗，地下水可能是不含氚的老水（1950 年以前补给），也不易受到污染（污染物累积在包气带中）；但如果是捷径流，现代降水和污染物则很容易快速进入地下水，地下水可能是现代水和老水的混合。目前捷径流/活塞流研究主要集中在土壤带（一般小于1–2 m），涉及巨厚包气带区地下水补给方式的研究甚少，且存在以下问题：已有方法大多不适用于巨厚包气带地区；空间变异性较难考虑；模型需要大量的数据进行校正；人工示踪剂不适合入渗速率较慢的干旱半干旱地区。就半干旱的黄土塬区来讲，大气降水是浅层地下水补给的唯一来源，但目前对于包气带水补给和入渗方式（裂隙捷径流或活塞流）及大气降水通过包气带进入地下水的周期（从数天到数年）的认识尚不一致。

针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程院重点实验室黄天明副研究员、庞忠和研究员等人提出了一种干旱半干旱地区地下水补给机制的确定框架。首先利用包气带历史氚峰（即1963 年降水）、氯质量平衡方法或其他历史示踪剂等稳健方法示踪包气带水分入渗速率及方式（明显的氚峰同时说明剖面上的活塞流模式），再利用潜水面的地下水³H 及¹⁴C 含量识别是否有快速补给（潜水面最大程度上代表了垂向入渗补给的信息，即使有区域水流混入，³H 也有所体现）；同时研究包气带深部与地下水的³H、氯、氢氧稳定同位素关系，结合包气带剖面结果及区域地下水定年，识别区域尺度下降水入渗补给机制。

研究以半干旱西峰黄土塬（也称董志塬，面积812 km²）为例，发现包气带剖面存在明显的1963 年氚峰，基于氚峰（tritium-peak）和氯质量平衡（CMB）得出土壤水向下平均入渗速率为0.12–0.14 m/yr，地下水接受降水持续入渗补给（37–41 mm/yr，年补给量约为3100万m³），包气带深部氯含量与地下水接近，潜水面地下水无氚（即无现代快速补给），且区域地下水年龄为几百到上万年。黄土巨厚包气带剖面的Cl和NO₃分布特征表明，现代农业活动（施肥等）使浅部包气带水的Cl和NO₃富集，20 m以下包气带水及地下水中Cl、NO₃含量均较低且含量接近，代表了60 年以前补给水的信息。进而从宏观上说明黄土塬区降水主要以活塞流模式入渗补给地下水。作者在其他黄土塬（如正宁塬、洛川塬）也得出类似的结论。本项研究对于认识干旱半干旱地区的包气带水文过程、地下水补给机制及地下水资源开采潜力评价具有重要意义。

以上成果发表于水文学权威期刊Journal of Hydrology。（Huang T, Ma B, Pang Z, Li Z, Li Z, Long Y. How does precipitation recharge groundwater in loess aquifers? Evidence from multiple environmental tracers. Journal of Hydrology, 2020, 583, 124532, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124532 ）。