基于同位素技术的且末车尔臣河流域地下水补给来源分析

为了更加合理地利用及开发塔里木盆地南部且末县车尔臣河流域地下水资源,利用和田及乌鲁木齐2个监测站点多年大气降水同位素数据,拟合出当地大气降水线LMWL:δD=7.5δ~(18)O+5.9 (n=178,R~2=0.952 6)。通过不同地貌单元地表水与地下水同位素(δD、δ~(18)O、T)变化特征及Cl-δ~(18)O相对变化规律,结合当地水文地质条件,探究了且末县车尔臣河流域地下水补给来源。研究表明:沿河流方向,研究区不同地貌单元地下水均受到冰川雪融水及高山降雨补给,补给源区为南部高山区。此外,灌区人为修建水渠、机民井等节水设施,地表水与浅层地下水发生混合,地下水还受到了河水、农田灌溉水渗漏补给;绿洲带承压水δD、δ~(18)O、T值均偏低,反映地下水受到高海拔水源的早期补给且更新较慢;在沙漠一带地下水T值偏低,δD、δ~(18)O值接近当地大气降水线,推测此段地下水还受到了局部大气降水补给。     

长春黑顶子河流域冻土融化期氢氧同位素特征及影响因素分析

基于2016年冻土融化期黑顶子河流域地表水、土壤水和地下水中稳定氢(δD)氧(δ~(18)O)同位素观测数据,分析了该区域融雪产流阶段δD和δ~(18)O的时空变化特征及主要影响因素。结果表明:融化期积雪δD和δ~(18)O平均值最小,分别为-9.33%和-1.28%,且变异性最大。冻土层隔绝了地下水与融雪水的联系,因而地下水、土壤水主要来自冻结期前降雨,其δD和δ~(18)O变异性最小且均匀的分布在大气降水线附近。冻融过程控制了融雪水与土壤水的蒸发速率和混合作用,进而影响了河水δD和δ~(18)O随时间的变化特征。土地利用类型不同导致下垫面之间土壤水和地下水δD和δ~(18)O差异较大。玉米田土壤水主要来自降雨,经历了先入渗再蒸发的过程,呈现表层大深层小的变化趋势。水稻田深层土壤水和地下水主要来自作物生长期灌溉水,经历了先蒸发后入渗的过程,δD和δ~(18)O较大;表层土壤水主要来自冻结期降雨或融雪入渗,δD和δ~(18)O较小。受水稻田地下水补给、河道融冰补给以及蒸发作用的影响,主河道稳定同位素显著大于支流,这种差异的大小与流域水循环活跃程度密切相关。     

岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

基于氢氧稳定同位素的澜沧江流域水体来源差异分析

研究不同时期澜沧江流域不同河段水体补给来源差异,从而为该流域的水文循环研究提供数据支撑。通过对枯水期(2017年2月)和丰水期(2017年6月)澜沧江云南段地表水体δD和δ~(18)O值的测定,得出δD与δ~(18)O值在枯水期变化范围分别为-16.90%～-12.50%与-2.012%～-1.694%,而在丰水期分别为-10.55%～-7.65%与-1.438%～-1.102%,初步揭示了该流域水体氢氧同位素的空间分布特征。结果表明:枯水期与丰水期澜沧江云南段地表水体δD、δ~(18)O值的沿程变化趋势基本一致,且枯水期的δD、δ~(18)O值均明显低于丰水期。在枯水期,研究区上游自然河段地表水体主要受冰雪融水与蒸发作用影响,中游水库段受一定蒸发作用与支流汇入影响,下游自然河段主要受大气降水补给。在丰水期,整个澜沧江云南段地表水主要受大气降水影响,同时中游水库段受一定支流汇入影响,下游自然河段受一定人类活动影响。     

基于稳定同位素的干旱半干旱地区杨树水分来源研究

作物水源是土壤-植物-大气连续体和农业节水的重要研究对象。为深入研究干旱半干旱地区杨树水分来源情况,利用稳定氢氧同位素技术对不同水源氢氧同位素组成的变化规律进行分析,并应用多元混合模型定量分析杨树的水分来源。结果表明:土壤水线与当地的大气降水线斜率与截距都小于全球大气降水线,表明研究区土壤水、降水受到强烈的蒸发影响发生不平衡的分馏;随着季节变化,生长初期杨树主要利用0～80 cm的浅层土壤水,快速生长期杨树主要利用80～120 cm的中层土壤水同时开始利用地下水,生长末期杨树主要利用160～220 cm的深层土壤水同时利用地下水,表明杨树能够根据水分条件逐渐的调整对各潜在水源的利用率。     

托克逊两河流域地下水化学组分来源及同位素指示作用分析

通过对托克逊两河流域32组水样中的化学成分及环境同位素进行测定,运用聚类、Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数法对化学组分来源进行分析,并对研究区水环境同位素特征进行分析,确定该区域地下水的水化学作用及组分来源。结果表明:沿阿拉沟渠从出山口山前砾质洪积平原→细土平原→盐沼平原过渡区地下水由HCO_3型→HCO_3·SO_4型、SO_4·HCO_3型→SO_4·CL型;地下水化学作用同时受蒸发浓缩作用、溶滤作用和阳离子交替吸附作用的影响,地下水化学组分来自盐类矿物的溶解;地下水δ~(18)O平均值为-0.889%,δD平均值为-5.668%,浅表层水δ~(18)O平均值为-0.938%,δD平均值为-6.005%,山区降水经二次转化对地下水补给产生一定的影响,远离当地大气降水线的水样受补给源和人工开采的影响。     

皮山河绿洲带大气降水同位素特征及其应用

采用稳定同位素D、~(18)O对塔里木盆地南缘皮山河绿洲带主要水体进行研究,探明其在空间上的变化规律,弄清各水体之间的相互联系。通过对样品D、~(18)O的分析,结合全球大气降水同位素监测网(GNIP)和田站1988-1992年的降水同位素数据和前人研究成果开展研究,结果表明:研究区全年降水同位素值具有明显的季节差异,大致可分为4-10月、12-3月2部分,4-10月降水同位素相对富集,12-3月降水同位素相对贫化;由于不同时期内各水体受到不同季节降水和冰雪融水持续补给的影响,研究区不同时期的水体在区域降水线的同一块区域交错分布,具有相似性;对于南疆地区主要接受冰雪消融、降水混合补给的河流,在应用各水体稳定同位素D、~(18)O差异判别地表水地下水转化关系时,需要对由接受补给造成的各水体之间的同位素差异进行充分考虑。     

怒江源区那曲流域夏季降水与河水稳定同位素特征分析

怒江源区是亚洲地区重要的水源涵养区和生态屏障建设区,识别其水循环演变机理及水源构成具有重要的意义。而同位素技术是解决上述问题的有效手段之一。因此,利用2017年7月与8月那曲流域采集的降水、河水和湖水样品δD和δ18O的测试结果,分析了研究区夏季降水、河水和湖水稳定同位素时空分布特征。结果表明,7月份降水与河水中δ18O的平均值均大于8月份,造成这种差异的主要原因在于受季风影响8月份降水增多。夏季降水中δ18O和过量氘的纬度和高程效应不显著,降水量是其主要影响因素。夏季河水中δ18O的纬度和高程效应均不显著。河水中过量氘与纬度和高程存在较好的相关性,且湖水对于过量氘的分布具有重要的调节作用。由于沿途诸多支流汇入干流,从错那湖开始到下游,干流河水中同位素呈递减趋势。     

土壤水混合与稀释中氢氧稳定同位

通过土壤混合实验和土柱垂向稀释实验,探讨土壤混合与稀释过程中氢氧稳定同位素浓度变化规律,检验应用同位素进行流量过程线分割中一基本假定“土壤水对流量过程线的贡献可以忽略,或者其同位素与地下水相同”的合理性。实验结果显示,土壤与降水混合稀释过程中,δD和δ18O值随时间呈线性关系变化;在应用同位素分割流量过程线时,忽略土壤水对流量过程线的贡献是不合理的。     

黄土塬区深剖面土壤水氢氧同位素分布特征

【目的】揭示黄土塬区深剖面土壤水的氢氧同位素(δ~2H、δ~(18)O)分布特征。【方法】于2015年8月采用土芯钻探的方式以20 cm为采样间隔,在长武塬采取98 m(其地下水埋深为95 m)深剖面原状土样。根据测定的土壤水δ~2H和δ~(18)O值,将剖面分为浅层(0～10 m)、深层(10～84 m)、过渡层(84～95 m)和地下水层(95～98 m)4层,并采用经典统计学方法分析了整个剖面土壤水氢氧稳定同位素的变异特征。【结果】δ~2H在浅层、深层、过渡层和地下水层的平均值分别为-78.6‰、-75.2‰、-74.6‰、-76.5‰,δ~(18)O在相应4层的平均值分别为-10.9‰、-9.9‰、-10.2‰、10.4‰,δ~2H和δ~(18)O均在10 m以上的浅层最为贫化。δ~2H在浅层、深层、过渡层和地下水层的标准差分别为11.8‰、2.6‰、1.4‰、1.2‰,δ~(18)O在相应4层的标准差SD分别为1.6‰、0.5‰、0.3‰、0.3‰。δ~2H和δ~(18)O值在浅层波动较大,变异系数10%,属于中等变异;而10 m以下相对稳定,变异系数Cv10%,属于弱变异;变异系数随深度的增加而逐渐减小。δ~2H和δ~(18)O的标准差均随深度增加逐渐减小。【结论】对于以活塞流补给为主的深厚黄土高原地区,深层土壤水氢氧同位素在剖面的变异较小,因此,可利用氢氧同位素趋于稳定的上层土壤水代替深层土壤水来进行地下水补给的研究。     

不同水分条件下宁夏枸杞氢氧稳定同位素变化特征试验研究

以宁夏枸杞为研究对象,采取试验区降水、不同灌溉量下枸杞根区土壤水、根系及茎秆样品并测定其氢氧稳定性同位素比率δ¹⁸O和δD,分析不同降水量及灌溉量下枸杞稳定同位素的变化特征,利用IsoSource模型计算了枸杞对各潜在水源的可能利用比例.结果表明:试验区降水中δD和δ¹⁸O之间有很好的线性关系,并得出了当地大气降水线的回归方程;不同灌溉量,枸杞主根系层(20~60 cm)的土壤含水率和与其对应的δD呈负相关趋势变化,随着土层深度加深,δD减小;降水量不同时,各土层δD变化规律相似,5 mm以下20 cm处的δD最大(-64.39‰),枸杞主要利用表层(0~20 cm)及部分中层(20~40 cm)的土壤水,分别占35.2%及25.1%;降水量为13.9 mm时,20~60 cm处δD相对较丰,为-65.20‰以上,枸杞可利用0~60 cm土层土壤含水量:0~20,20~40,40~60 cm土层的土壤水利用量分别占比22.4%,25.3%及23.2%.结论可为干旱区枸杞科学灌溉提供有益借鉴.     

氢氧同位素在水文学领域中的应用

氢氧同位素在水文学领域应用非常广泛，在研究天然降水同位素分布，水体蒸发同位素变化，流域产流机制，流量过程线划分，地下水补给来源测定等方面有重要的作用。介绍了同位素技术在这些方面的国内外应用情况，并展望了今后的研究趋势和应用前景。     

覆膜沟灌下土壤水氢氧同位素分布特征及其水分运动规律研究

为深入探究沟灌覆膜条件下土壤水分运动规律及其转化机理,利用了稳定氢氧同位素技术分析了土壤水和膜下凝结水的同位素分布特征。表明,膜下凝结水富集~(18)O,富集程度明显高于由表层土壤蒸发而富集的重同位素;膜下表层土壤蒸发后凝结于膜下形成水珠的过程经历了重同位素贫化后再富集,之后凝结水发生二次蒸发,重同位素再次富集;覆膜沟灌下土壤水氧同位素随土壤深度呈梯度分布,垄上富集~(18)O比沟中显著;沟中蒸发前缘发生在0~10cm土层,土壤水直接以水汽分子形式扩散到大气中;垄上蒸发前缘主要发生在10~20cm土层,蒸发水汽分子通过土壤孔隙向上扩散,部分水汽分子被0~10cm的土壤水吸附并与其水分子发生交换进而扩散到土壤表面。     

基于同位素技术的冬奥会崇礼赛区地表水-地下水转化关系研究

为深入理解崇礼区清水河流域地表水-地下水转化关系,通过D、~(18)O、~(222)Rn环境同位素技术开展了区域地表水-地下水的转化关系研究。结果表明:通过D、~(18)O监测结果可知,东沟中游地区表现为地下水溢出补给地表水,地表水接受地下水泄流补给的贡献为56%,接受上游河水补给为44%;通过~(222)Rn监测结果可知,上游段地表水向地下水转化,地表水向地下排泄27.8 m~3/(d·m);下游段地下水向地表水转化,地下水向地表水补给平均速率为17.6 m~3/(d·m)。由此可见,地表水-地下水的频繁转化是清水河流域水资源循环的主要特征,地下水泄流补给地表水是区内旱季水资源的主要补给来源。     

降雨过程中稳定同位素组成分析

降雨过程中凝结和蒸发都会引起降水同位素组成变化，在介绍了开放水体凝结过程中的瑞利分馏模型的基础上,对云体作了一定简化和假设.基于瑞利分馏原理和质量守恒定律分别推导了降雨过程中的稳定同位素组成随时间变化和质量变化的微分方程模型，并通过数学推理论证了上述各模型之间的内在联系，导出了降雨过程中稳定同位素组成与分馏系数、时间以及质量之间的定量关系，揭示降雨过程中的同位素比率变化，为数值模拟降雨过程的稳定同位素组成提供了确定性的数学基础，为降雨同位素的纬度效应、高度效应、降雨量效应以及大陆效应解释提供了理论依据。     

鄂尔多斯沿黄灌区大气降水稳定同位素特征与水汽来源分析

[目的]揭示灌区生态系统水循环过程对气候变化的响应机制,分析鄂尔多斯沿黄灌区大气降水同位素特征以及水汽来源.[方法]采用液态水稳定氢氧同位素技术,分析了2020年6—9月鄂尔多斯沿黄灌区大气降水稳定同位素与气温、日降水等影响因素的相关关系,建立了当地的大气降水线方程,通过氘盈余值的变化示踪水汽来源,利用HYSPLIT气...     

石头口门水库上下游地下水同位素特征及年龄

石头口门水库为长春市重要的水源地,为查明该地区地下水来源及年龄,采集地表水和地下水等不同水体同位素样品,并测试D、18O和氚,分析其同位素特征。结果表明,石头口门上下游地下水主要补给来源于大气降水,地下水年龄普遍较轻,多数10 a之内,部分为核爆炸时期与现代水混合水。地下水与地表水联系比较密切,深层地下水受到地球化学作用影响较深。     

霍林河与乌尔吉木伦河流域地下水环境同位素分析

在霍林河流域地下水子系统采集了地表水体3件、地下水样品4件,在乌尔吉木伦河流域地下水子系统采集了地表水体2件、地下水样品3件,进行了水质全分析、稳定同位素氘（21H、D）、氧-18（18O）,放射性同位素氚（31H）的测试分析。本次通过这些测试结果,将数据整合,利用环境同位素分析方法,对研究流域内地下水的环境同位素特征...     

青铜峡灌区排水沟—地下水水化学特征及转换关系分析

【目的】分析青铜峡灌区浅层地下水与排水沟的水化学和同位素特征,揭示地表水与地下水之间的转换。【方法】综合运用数理统计、Gibbs模型、Piper图、Schoeller图、阳离子交替吸附作用图等方法,系统分析排水沟水及周围浅层地下水的水化学特征,探讨排水沟与周围浅层地下水的转化关系。【结果】排水沟水总体呈弱碱性或碱性,TDS在休灌期大于灌期;浅层地下水TDS在休灌期和灌期差别不大,但都明显大于排水沟。排水沟和浅层地下水阳离子：Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺,阴离子：Cl^->SO₄^2->HCO₃^-。排水沟附近的浅层地下水离子浓度垂向上的差异大于水平方向上的差异。排水沟和浅层地下水的δ¹⁸O和δD在灌期和休灌期差异都不明显,30 m深度浅层地下水同位素贫化明显。【结论】排水沟与浅层地下水的水化学组分受蒸发浓缩和岩石风化作用的控制,同时受混合作用...     

基于~(18)O同位素的玛纳斯河流域典型荒漠植被水分利用来源研究

梭梭和柽柳是玛纳斯河流域下游典型荒漠植被,对干旱荒漠区具有水土保持和固沙造林的作用,分析其水分利用来源对保证植被正常生长、维持荒漠生态系统稳定具有重要意义。采用~(18)O稳定同位素技术,以玛纳斯河流域下游两年生梭梭、柽柳为研究对象,通过分析植被水、地下水和不同土层土壤水中的~(18)O值,得到两年生梭梭、柽柳旱季生长期的水分利用来源,研究结果表明:(1)年生长期内,地下水潜水埋深呈小幅增大,~(18)O值在5月到7月间逐渐增大,8月又逐渐减小;土壤含水率随着土层深度的增加而增大,土壤含水率月变化趋势为5月6月7月,土壤水中~(18)O值随着土层变浅而增大,100 cm以下逐渐稳定并趋于地下水;浅层土壤的~(18)O值随着月份的增加逐渐增大,较深土层土壤水的~(18)O值相对稳定。(2)两年生梭梭生长季节的主要水分利用来源为地下水和80~150 cm土层的土壤水,贡献率分别为56.8%±6.8%和26.3%±7.2%;两年生柽柳生长季节的主要水分利用来源为60~150 cm土层的土壤水和地下水,贡献率分别为54.6%±9.2%和36.8%±8.5%。