包气带是地表—地下水系统水循环的纽带、控制着旱区地下水的补给与排泄模式、强度与动态特征，研究包气带水的形成、影响因素及运移规律对阐明水文循环机理和途径具有重要意义。氢氧稳定同位素(D和18O)作为常见的稳定同位素常常随水流一起运动，并且较好地表征了包气带水分入渗、蒸发、蒸散和渗透等过程。因此，氢氧稳定同位素技术近年来已经成为研究包气带水分运移的重要手段，开展氢氧稳定同位素在包气带中的分馏机制研究具有重要的理论意义和实用价值。本文利用了风积砂、渭河砂样、黄土和古土壤4种包气带介质，采用室内模拟试验、野外原位观测、模型计算和理论分析等方法，进行了不同包气带介质氢氧同位素的吸附、降雨入渗和降雨—蒸发条件下的分馏机制研究，在此基础上利用氢氧稳定同位素方法对黄土台塬区和渭河高漫滩区的土面蒸发速率进行了估算。论文取得了以下主要成果：（1）风积砂、渭河砂样、黄土和古土壤4种包气带介质中，风积砂对D和18O的吸附动力学符合双常数方程，渭河砂样、黄土和古土壤对D和18O的吸附动力学符合抛物线方程； D和18O的等温吸附符合Freundlich方程，D的吸附容量排序为黄土>古土壤>风积砂>渭河砂样，18O的吸附容量排序为黄土>古土壤>渭河砂样>风积砂，黄土和古土壤吸附氢氧稳定同位素的能力强于风积砂和渭河砂样。吸附过程中的氢氧稳定同位素分馏作用非常微弱，分馏过程为一瞬时平衡反应，分馏平衡常数等于分馏系数。（2）柱淋滤试验研究表明，入渗条件下氢氧稳定同位素在4种包气带介质中均发生了明显的分馏现象。在入渗锋面处，分馏作用最为强烈，分馏作用使水朝“轻”水的方向偏移。氢氧稳定同位素的分馏作用从强到弱的顺序为：风积砂、古土壤、渭河砂样、黄土。在柱淋滤试验重力排水过程中，随时间出现了“轻”水段、“重”水段、“平衡”段三个阶段。（3）关中盆地大气降水线为δD（‰）=7.9δ18O（‰）+4.5，斜率和截距均低于全球大气降水线。土壤剖面中δD、δ18O值的研究表明土壤水蒸发线斜率具有差异性，黄土蒸发线斜率稳定在3.6-3.8之间，渭河砂样蒸发线斜率稳定在2.2左右。黄土和渭河砂样的氢氧稳定同位素变化在降雨前后具有明显差异，在黄土中氢氧稳定同位素有偏负趋势，渭河砂样中有偏正的趋势。（4）利用氢氧稳定同位素的方法估算了半干旱区土壤蒸发速率，黄土台塬区和渭河高漫滩区6-7月间，氢氧稳定同位素方法估算的土壤蒸发速率结果分别为7.4mm/d和3.5mm/d。同时利用水均衡法和通量法对黄土台塬区和渭河高漫滩区6-7月间土壤蒸发速率也分别计算，水均衡法计算结果分别7.4mm/d和3.4mm/d，通量法计算结果分别5.8mm/d，4.6mm/d。氢氧稳定同位素法估算结果与水均衡法相符，表明氢氧稳定同位素法可用于估算半干旱区土壤蒸发速率。