三工河流域氢氧同位素特征及其水循环意义

以新疆三工河流域为研究对象,通过对地表水、浅层地下水及深层地下水采样,分析δD、δ~(18)O及氘过量参数d的分布规律,得到地表水及地下水之间的转换关系。结果表明:山区降水是研究区内水体的主要补给源;降水向地表水转化过程中,受蒸发作用影响较弱;地表水在出山口入渗补给地下水过程中,经历了较强的蒸发作用,地表水入渗地下后,一部分转入深层地下水,一部分转入浅层地下水,地表水对地下水的补给贡献量所占的比例为78.0%;深层地下水与浅层地下水水力联系较密切,在平原区深层地下水逐渐向浅层地下水运移排泄;浅层地下水主要受地表水、灌溉水补给,少量受大气降水补给,受蒸发作用影响强烈。     

基于水化学和环境同位素的准格尔煤田地下水循环特征

为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO_3·SO_4·Cl-Ca型水为主;地下水整体矿化度低,偏弱碱性,主要以HCO_3-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO_3-Ca·Mg型、HCO_3·Cl-Na型水为主;黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(~(18)O)平均值为-10.47‰,第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(~(18)O)平均值为-9.1‰,白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(~(18)O)值为-9.3‰,石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(~(18)O)平均值为-9.9‰,寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-75.73‰、δ(~(18)O)平均值为-10.06‰;大气降水受极地气团和季风影响,主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环;断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道,大气降水和黄河为地下水主要补给来源;高承压水头寒武-奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水,第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水,黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。     

乌梁素海及其周边地区水源补给关系同位素研究

野外采集乌梁素海及其周边区域的水样和土壤样品,测定样品的δD、δ18 O和ρ（TDS）,并以采自南京燕子矶的黄土为样本进行室内降水入渗试验,测试每个土壤样品的含水率和ρ（TDS）。根据试验结果,对乌梁素海以北的色尔腾山地区的降水入渗情况进行分析,对乌梁素海湖水补给来源进行同位素分析,对乌梁素海湖泊周围地下水进行TDS分析。结果表明,乌梁素海以北的色尔腾山地区的大气降水在入渗的过程中大量蒸发,无法有效入渗补给地下水,降水并不是当地地下水的主要补给源,而比当地降水中的氘氧同位素值更负的稳定外部补给源是当地地下水的主要补给源;泉水、井水的δD和δ18 O值比当地降水明显贫化,也表明大气降水并非是地下水的补给源;地下水是乌梁素海的主要补给源,河套灌区排水渠中的水的主要来源是深循环地下水,狼山—日喀则隐伏断裂带中可能存在渗漏通道,西藏内流区的渗漏水通过该通道补给到了内蒙古高原。     

新疆玛纳斯河流域平原区水资源组成和水循环

本文在分析新疆玛纳斯河流域平原区地表水、地下水同位素组分D、18O、T和14C特征的基础上，运用同位素混合模型进行了水资源组成和水循环研究。研究表明，在δD～δ18O图、T～δ18O图和14C～T图上，从上游至下游，地表水、浅层水和深层水的同位素分布具有明显的规律性，并在14C～T图上，可明显识别出古水，其14C介于0～40pMC之间，T值介于0～25TU之间。水资源主要来源于南部山区大气降水补给，上游是地下水的主要补给区。上游地表水有80.3％来自于山区大气降水，上游浅层水有83.5％来源于上游地表水。之后，浅层地下水在冲洪积扇前缘受阻溢出地表转化成地表水。再往下游，地表水、浅层水和深层水之间发生多次复杂的相互转化，最终耗于人工开采和蒸发。     

太湖北部地区地下水环境同位素组成及其演化分析

太湖北部地区是苏南现代化建设示范区,其地下水资源是区域经济社会发展的重要资源之一。通过地表水、潜水、承压水水样的采集、测试和分析,结合研究区水文地质资料,识别各水体环境同位素(D,~(18)O,~3H,~(14)C)的组成特征,以揭示研究区地下水的形成和演化规律。结果表明:研究区潜水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水补给潜水的过程中经历了明显的强烈蒸发;Ⅰ承压水为无氚水,~(14)C年龄变化范围为7～9 ka,降水补给时温度范围为12.2℃～13.5℃,主要形成于地质历史时期;Ⅱ承压水为无氚水,年龄变化范围为16.27～27.37 ka,降水补给时温度范围为3.5℃～3.8℃,比现代温度(14.8℃)低约11℃,推断其形成于末次冰期的盛冰期降水入渗补给。潜水、Ⅰ承压水、Ⅱ承压水的D,~(18)O值在垂向上表现为明显的成层性,且地下各水体之间水力联系较弱。潜水具有一定的更新能力,Ⅰ承压水和Ⅱ承压水处于封闭–半封闭状态,具有不可再生资源属性。研究结果可为研究区正在开展的区域地下水资源调查评价工作提供基础数据支撑。     

黑河上游葫芦沟流域不同水体稳定同位素特征

以祁连山区黑河上游葫芦沟流域为研究区,确定了流域各水体的稳定同位素特征并分析了各水体间的水力联系。在此基础上,通过端元混合分析模型(EMMA)定量化了冻土活动层的水分来源。研究得出:葫芦沟流域大气降水线(LMWL)方程为δD=8.65δ~(18)O+22.82;河水蒸发线方程(LEL)为δD=5.92δ~(18)O+2.56,斜率与截距均比全球大气降水线(GMWL)与LMWL的小,表明河水经历了强烈的蒸发作用,且河水的δ~(18)O值从下游流域出口至上游源区逐渐降低,呈现明显的海拔效应(-0.46‰/100 m)。浅层地下水的蒸发线(LEL-S)的表达式为δD=7.69δ~(18)O+8.24,主要补给来源是降水,并排泄进河水;深层地下水的蒸发线(LEL-D)表达式为δD=6.09δ~(18)O+3.24,主要来源于古老水补给,也会接收现代水的补给。冻土活动层水分主要来源于降水(占比77.26%),其次来源于活动层季节性冰(占比22.74%)。     

嫩江流域水资源循环系统的同位素研究

利用同位素的研究方法,对嫩江流域水资源循环系统进行了研究。采用的同位素是18O、D和3H。通过对嫩江流域各剖面地下水、地表水以及大气降水的δ018O、δD和3H的变化趋势分析,确定了各部分水资源的补给与排泄关系,为水资源的开发利用提供科学依据。     

陡河流域地表水与地下水转化关系

通过对陡河流域地表水-地下水水样的氢氧同位素分布特征进行分析,发现研究区河岸带第Ⅰ含水层除了受大气降水、灌溉回归水入渗补给外,还接受河水早期的渗漏补给,第Ⅱ含水层对第Ⅲ含水层有越流补给,第Ⅱ含水层同时也受大气降水和灌溉回归水的影响,而远离河岸带的第Ⅳ含水层与上覆各含水层稳定同位素组成显著不同,河岸带水库附近的第Ⅳ含水层可能受地表水库渗漏影响。河岸带地下水与地表水水力联系的变迁严格受河岸带地下水水位变化控制,如景庄子剖面的地下水埋深为5m,雨季时河水补给地下水,旱季时地下水补给河水,而靠近地下水漏斗中心的越河乡剖面地下水水位埋深达25m,其常年受地表水补给。     

基于MIKE SHE模型的流域地下水水文响应

为研究在流域或盆地尺度上降雨入渗补给地下水水文响应的滞后效应,采用ArcGIS技术,并基于MIKE SHE软件数值分析的方法,建立了丹麦Skjern流域地表水-地下水耦合的分布式水文模型,运用观测值对该模型进行参数率定。通过观测值和模拟值对比,同时分析了Skjern流域气候条件和地下水埋深对地下水水文响应的影响,结果表明:丹麦属于温带海洋性气候,Skjern流域地下水补给集中在9—12月和1—3月;地下水位埋深为1m左右时,降雨入渗补给很快到达地下水面,地下水补给峰值的滞后时间很短,大约1～2 d;对于地下水位埋深在2～5 m之间的,滞后现象较为明显,峰值滞后4～5 d;对于地下水位埋深＞10 m的, 峰值滞后时间则很长。该模型模拟Skjern流域效果较好,模型对于Skjern流域具有一定的适用性和应用潜力。     

浅析岛屿和内陆应用稳定同位素分析地下水补给关系的效果

分析参与水循环过程的不同水体中D和18O组成的变化特征,是应用氢氧稳定同位素示踪技术研究水循环机理的必要前提.通过在北京市和广东湛江硇洲岛应用稳定同位素分析地下水补给关系,从而对比分析其在岛屿和内陆的应用效果.结果表明,沿海岛屿和内陆应用氢氧同位素作为示踪剂研究水循环中不同水体的补给来源,以及地表水和地下水之间的相互转化关系均具有良好的效果,这说明采用氢氧同位素进行地下水的研究具有普遍的适用性.     

黄土塬区浅层地下水化学特征及其碳循环意义

对甘肃省灵台县独店镇秋射村黄土剖面浅层地下水的水化学组成、溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)等进行了取样分析,对其δ~(13)CDIC和δ~(13)CPOC的特征及其控制因素进行了探讨,并评估了降雨补给过程中的碳酸盐风化碳汇强度。结果表明,研究区地下水的水化学类型为HCO3-Ca·Mg型,其方解石饱和指数SIC大于0,已经饱和,但尚未达到大规模沉淀的程度。研究区黄土浅层地下水的DIC变化范围为5.25~5.45mmol/L,DOC含量为0.59~0.62mg/L,明显低于地表水体;而POC稍高,这是因为黄土颗粒物的混入造成。泉水和井水的δ~(13)CDIC变化范围在-9.19‰~-8.90‰之间,其较高的δ~(13)C与碳酸盐风化-沉积过程中反复的碳同位素交换有关。而δ~(13)CPOC变化范围在-19.99‰~-18.87‰之间,与黄土有机碳同位素特征基本一致。地下水中的HCO-3、Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐的化学风化。根据风化反应的离子平衡关系,计算得到研究区的风化碳汇为2.82mmol/L,即每有1L的降水入渗到零通量面以下,就会产生2.82mmol的碳汇。     

Chemical and Isotopic Tracer Evaluation of Water Mixing and Evaporation in a Dammed Texas River During Drought

The interaction between drought and river regulation is monitored to better understand river flow mixing, evaporation and surface‐groundwater exchange in changing regional climates and in increasingly regulated waterways. This study compared Brazos River stable isotope (δ¹⁸O and δD) and electrical conductivity values with reservoir, creek and aquifer samples in the Brazos watershed, the largest watershed in Texas. The combination of tributaries, rainfall and the Brazos River Alluvium Aquifer, on the one hand, and the Lake Whitney reservoir, on the other hand, represent endmembers of dilute run‐off water and evaporated saline water, respectively. A simple isotope mixing model that uses monthly river discharge, Lake Whitney discharge, historical monthly precipitation δ¹⁸O and pan evaporation accurately reconstructs river δ¹⁸O (±0.5‰ on average). Data and isotope balance modelling support continued evaporation of ¹⁸O‐enriched Lake Whitney water as it flows downstream, although the most evaporation took place in Lake Whitney. The difference between river and precipitation δ¹⁸O, or Δ¹⁸O_RIV‐_PPT, here a measurement of degree of evaporation, ranged from ?0.1‰ for a small creek, to 1.7‰ for the Brazos River, to at least 2.7‰ in Lake Whitney. This study indicates that drought in regulated rivers may enhance reservoir discharge dominance in river flows during peak drought conditions when combined run‐off and baseflow dominance would be expected in a similar undammed river. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

怒江源区那曲干流河水稳定同位素沿程变化特征

为了识别那曲流域的水循环过程,基于2016年8月,2017年1月、7月、8月、12月那曲流域采集的河水和湖水样品δ_D和δ_(18O)的测试结果,运用最小二乘法得到那曲流域夏季和冬季地表水线(surface water line,SWL)(夏季:δ_D=6.29δ_(18O)-18.01,冬季:δ_D=5.39δ_(18O)-33.54),分析了研究区河水和湖水稳定同位素时空分布特征。结果表明,河水中氢氧稳定同位素的变化具有显著的季节性差异,这可能是由河水的水源补给和蒸发作用引起的。错那湖湖水中,δ_(18O)值最大,其平均值为-9.28‰,受到不同程度蒸发分馏作用的影响,导致湖水富集重同位素。湖水对于河水中同位素和过量氘的分布具有重要的调节作用。干流河水中δ_(18O)平均值为-12.70‰,支流河水中δ_(18O)平均值为-14.88‰。以错那湖为分界点,干流河水中δ_(18O)值呈现为先增大后减小的变化趋势;过量氘(D-excess)值则呈现为先减小后增大的变化趋势。     

基于稳定碳同位素比的植物水分利用效率分析——以鄱阳湖湿地为例

植物水分利用效率是表征植物生长状态的一个综合性生理生态指标,对植物水分利用效率的研究有助于揭示变化条件下植物对环境的适应能力。通过在鄱阳湖湿地上布设的3个断面,测定了典型植物样品的稳定碳同位素比δ~(13)C以及断面土壤组成,探究了植物水分利用效率的变化规律。研究结果表明:鄱阳湖湿地植物的δ~(13)C值差异较为明显,变化范围为-14.302‰~-33.134‰,δ~(13)C值的大小可以作为鄱阳湖湿地植物水分利用效率的表征指标;植物类型和土壤水分含量是影响植物水分利用效率的重要因素;鄱阳湖湿地内南荻的δ~(13)C值最大,属C4植物,具有较高的水分利用效率,在水分胁迫条件下更容易生存下来,从而发育为鄱阳湖地区的优势植物种群。研究结论对变化环境下鄱阳湖湿地植被的演变趋势研究具有一定的参考价值。     

Evaluation of the origin of nitrate influencing the Klju? groundwater source, Serbia

This paper describes the use of the dual isotope method involving δ(15)N and δ(18)O measurements of dissolved nitrates to assess the origin and fate of groundwater nitrate at the Klju? groundwater source, Serbia. A sampling campaign was conducted in September 2007 during flow conditions obtaining groundwater from observation wells and river water fed by a shallow aquifer hosted in alluvial (sandy-gravel) sediments. Nitrate isotope ratios ranged from +5.3 to +16.9‰ and δ(18)O(NO(3)) values varied from -2.3 to +5.0‰. Two major contamination sources were identified with isotopic compositions characteristic for nitrate derived from nitrification of soil organic nitrogen (+5.3 to +7.8‰ for δ(15)N) resulting in nitrate concentrations of 33.6 and 78.8 mg/L and nitrate derived from animal wastes or human sewage, e.g. via septic systems, yielding δ(15)N values of +9.9 to +11.9‰ and elevated nitrate concentrations of 31.2-245.8 mg/L. The occurrence of nitrification and denitrification was also revealed based on concentration and isotope data for dissolved nitrate.     

利用GIS水化学和同位素方法判断灵水来源

尝试利用多种方法确定南宁市武鸣县灵水岩溶泉的补给来源和汇水范围。获取了可能在其汇水范围内的岩溶泉、钻孔、表层岩溶泉枯季及雨季水化学资料,在CaCO3-CO2-H2O平衡体系中区分不同出露形式的岩溶水的水化学成因,发现CO2分压、地下水赋存条件和污染等因素影响此化学平衡体系。灵水的钙离子浓度和CO2分压在岩溶泉中较高,体现了灵水为区域地下水流系统的排泄点。环境同位素分析表明,当地雨水的δ2H和δ18O同位素存在季节效应和高程效应,地下水中同位素的变化被混合作用削弱,其平均值接近于夏季雨水的同位素组成,表明该地区的降雨入渗补给主要发生在夏季。利用GIS技术划分地表水流域,以此作为地下水流域识别的依据。得到灵水汇水面积为697km2,其中约126km2属于埋藏型岩溶,其余为覆盖型岩溶。     

干旱区植物用水对水文条件的响应——以额济纳三角洲胡杨为例

植物用水对水文条件的响应是干旱区生态水文学的重点研究内容。本研究以额济纳三角洲为研究区,选取水文条件不同的典型河岸带植物胡杨(Populus euphratica)为研究对象,同步采集其根茎及可能为植物提供水分的土壤并真空抽提水分,同时采集河水和地下水水样,通过δ18 O分析潜在供水水源(河水、地下水)-土壤水-植物水之间的水分响应关系。研究发现,对于距离过水河道75m(地下水位埋深2.0m)的胡杨,其主要土壤供水层在1.0~2.0m,植物水分有93.7%来自河水;而距离过水主河道2km以外(地下水位埋深3.3m)的胡杨,主要吸收1.4~3.2m的土壤层水分,地下水(由河水补给,但在含水层停留时间较长的河水)对胡杨水分的贡献比例达到80.0%。可见,胡杨用水策略与模式受其距过水河道远近、地下水位深浅影响明显。     

Hydrochemical Processes and Environmental Isotopic Study of Groundwater in Kuwait

Abstract

The present paper studies the hydrochemical processes and the isotopic characteristics of the main aquifers, the Kuwait Group and Dammam aquifers in the State of Kuwait. The water chemical types are dominantly NaCl and Na₂SO₄ in the Kuwait Group aquifer and Na₂SO₄, CaSO₄, and NaCl in the Dammam Limestone aquifer. The groundwater of the Kuwait Group aquifer is supersaturated with respect to quartz and calcite, and near saturation with respect to aragonite, but under-saturated with respect to anhydrite, dolomite, gypsum, and halite. While the groundwater of the Dammam aquifer is strongly under-saturated with respect to anhydrite, halite, and gypsum and is supersaturated with respect to quartz, dolomite, aragonite, and calcite. The saturation indices of the calcite and dolomite are increased in the direction of flow from southwest toward north-northeast. Al-Rawdhatain and Umm Al-Aish groundwater samples lie near the meteoric water line. They represent the effect of recharge by rainfall during pluvial period. The brackish palaeo-groundwater of the Dammam aquifer has low values of δ¹⁸O (?4.5 per mil) and δD (?35 per mil), which reveal that these waters are related to the palaeo-water from the cool wet period in the eastern Arabia 11,000 to 60,000 years B.P. The investigated brackish groundwater samples showed that the deuterium excess values are much lower than that of the Mediterranean areas. This may suggest that the evaporation was a prevailing process before the infiltration to the aquifers.