西苕溪流域地表水与地下水相互作用特征!

为探寻西苕溪地表、地下水体的来源和补排关系,对西苕溪流域丰水期和平水期的地表、地下水进行了氢氧同位素(δD和δ18O)组成分析,并结合水体的水化学参数,推断其来源和补排关系。结果表明:西苕溪流域地表、地下水体主要接受降雨补给,在上游山区中的泉水运移过程较为缓慢,上游地表水与地下水补排关系不明显;中游丘陵地区地表、地下水体相互联系紧密,具体补排关系为3号、4号、6号样点处地表水接受地下水补给,其余样点处为地表水补给地下水;下游农田密集区地下水接受河水补给较少。     

长沙地区不同水体稳定同位素特征及其水循环指示意义

分析不同水体中的环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术进行区域水循环研究的必要基础.根据2012年1月至2013年12月对长沙地区大气降水、地表水(河水)及地下水(泉水、井水)的跟踪取样,分析了不同水体中δD、δ18O的变化特征.结果表明,由于水汽来源的季节差异,长沙地区降水中D、18O的组成呈现出明显的季节变化,降水中δ18O变化与气温、降水量等气象要素之间存在显著负相关,当地大气水线(LMWL)特征揭示了长沙地区湿润多雨的气候;地表水中δD、δ18O的波动小于降水,其稳定同位素值的季节变化相对于降水存在延迟特征,冬夏半年河水线(RWL)的差异表明地表水在不同季节的主要补给源有所不同;地下水中δD、δ18O的波动幅度最小,并且泉水、井水中δD与δ18O的变化范围以及平均值都非常接近,说明这两种水体间存在较密切的水力联系,干旱月份地下水δD、δ18O持续偏低,可能与树根对地下水的吸取加强有一定的关系.研究结果对于合理利用本地区水资源有一定指导意义.     

南小河沟流域地表水和地下水的稳定同位素和水化学特征及其指示意义

南小河沟流域为典型的黄土高原沟壑区,本文分析了该流域地表水和地下水的氢氧稳定同位素和水化学特征,揭示了地表水与地下水之间的相互关系.结果表明,大气降水的δD和δ~(18)O值呈现春夏高,秋冬低的季节变化特征.水库水的δD和δ~(18)O值的季节性变化规律呈现夏秋高、冬春低的特征.地下水的δD和δ~(18)O值季节性变化规律相对不显著.流域内地表水和地下水水化学类型主要为Na·Mg-HCO_3型.地表水和地下水电导率的季节性变化规律均呈现冬季高、夏季低的特点.当地大气降水和深层地下水可能是南小河沟流域内地表水(水库水、沟道水)和泉水的主要补给来源.流域内的常流泉可能主要由深层地下水补给,而季节泉,例如,董庄沟和杨家沟的源头泉则可能是由深层地下水和当地大气降水共同补给.     

百脉泉泉群泉水氢氧稳定同位素时空变化特征

研究泉水氢氧稳定同位素时空变化特征,探究泉水的补给来源,对水资源管理及旅游业可持续发展具有重要指导意义。以百脉泉泉群为研究区,通过分析降水及泉水中的氢氧稳定同位素特征,获取了本地大气降水线、泉水同位素时空变化特征及蒸发线,并探究了百脉泉泉水的补给来源。结果表明：大气降水中δ²H的波动范围为-151.55‰δ¹⁸O—-4.28‰,δ¹⁸O的波动范围为-19.93‰δ¹⁸O—-0.52‰,δ²H和δ¹⁸O在时间上的分布规律相似,均呈现双峰状(“M”型),本地大气降水线(LMWL)为：δ²H=7.58×δ¹⁸O+4.17。百脉泉泉水的δ²H的波动范围为-65.23‰δ¹⁸O—-37.01‰,δ¹⁸O的波动范围为-8.99‰δ¹⁸O—-4.04‰。泉水δ²H—δ¹⁸O均落在本地大气降水线上或...     

南太行山山前平原地下水和地表水氢氧同位素组成及环境意义

借助氢氧同位素和水化学方法对南太行山山前平原地下水补给运移规律进行研究,阐明人类活动对地下水的影响过程。研究结果表明:(1)区内不同水体δD、δ~(18)O、氘盈余值(d-excess)和氚同位素(T)值差异明显,深层地下水均值分别为-74.0‰、-9.4‰、1.5‰和8.73TU,浅层地下水均值分别为-72.1‰、-8.8‰、-1.9‰和17.46TU,河水均值分别为-71.3‰、-8.9‰、-0.4‰和18.60TU,工业废水均值分别为-68.3‰、-7.2‰、-10.7‰和21.11TU;(2)补给区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-68.08‰、-9.24‰和5.84‰,径流区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-62.30‰、-8.50‰和5.66‰,排泄区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-75.14‰、-10.26‰和6.94‰;(3)深层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过断层导水裂隙带补给深层地下水。浅层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过河流侧渗方式补给浅层地下水;(4)受河水影响的深层地下水氘盈余值变低,T含量升高,因此结合氘盈余值与T含量可以很好地识别区内深层地下水污染过程。     

典型温冰川区湖泊的稳定同位素空间分布特征

2014年8月对拉市海表层及不同深度湖水进行采样,分析拉市海湖水的氢氧稳定同位素的空间变化及其影响因素,探讨典型温冰川区域湖泊的水文补给特征.结果表明,拉市海表层湖水的δ~(18)O、δD值分别在-12.98‰~8.16‰和-99.42‰~-73.78‰之间波动,平均值分别为-9.75‰和-82.23‰;表层湖水的δ~(18)O及过量氘表现出相反的空间变化特征,有河水注入的区域δ~(18)O值较低而过量氘值较高;垂直方向上过量氘随深度变化较小,表明湖水在垂直方向上混合较充分,不同深度层上过量氘表现出自东向西先增大后减小的变化趋势,这可能与入湖河流的分布、湖泊所处的地理位置及自然条件等密切相关;同位素对比研究发现,拉市海的主要补给源为大气降水及河水,冰雪融水可能间接补给拉市海;对拉市海与青藏高原地区典型湖泊和非冰川区湖泊的氧同位素组成对比发现,冰川区湖泊中稳定同位素表现出明显的高程效应(拉市海除外),δ~(18)O随海拔升高而降低.非冰川区湖泊蒸发效应较为明显,同位素值明显偏正.     

用氯和氢氧同位素揭示洋戴河平原地下水的形成演化规律

通过分析地表水和地下水中氯离子浓度和δD、δ¹⁸O值的空间分布特征,揭示了秦皇岛洋戴河平原地下水的形成演化规律.结果发现,洋戴河平原地表河水来源于中上游水库水和大气降水的混合,且河水沿程受到δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度更低的支流或灌渠水补给,从而使δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度呈现沿程逐渐降低的现象.山前丘陵区地下水主要接受大气降水的直接补给,洪积扇及山麓地带地下水受到了一定的蒸发作用影响,除了接受丘陵区地下水的侧向补给外,洋河附近地下水还受到洋河水库水的混合.研究区西部咸水带的地下水由上游地下水和大泥河地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率约为13%,而东部咸水带的地下水由上游地下水、本地污水和地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率不超过9%.在海水入侵区,地下水主要由本区地下淡水和海水(海水混合比率不超过10%)混合而成,并且受到了不同程度的地表水或农田灌溉水的补给,其中,浦河一带是地表水或灌溉水补给较为明显的地段.     

西北干寒区冰雪融水氢氧同位素水文地质意义

该文根据Dansgoard氘盈余理论,对中国西北干寒地区(甘肃祁连山-黑河流域、新疆塔什库尔干河流域、青海阿尼玛卿山和西藏羊八井)4个典型研究区大气降水、地表水、冰雪融水、地下水的氢氧同位素组成进行了研究对比;发现冰雪融水和部分地下水的δ~2H-δ~(18)O信号均位于地方降水线和全球降水线左上方的罕见现象;进一步研究证明了δ~(18)O、δ~2H和d值在干寒、缺水而有现代冰川分布区研究天然水循环过程有奇特的效果,可以识别地下水是由冰雪融水补给的还是由大气降水补给的,甚至可以区分不同含水层地下水的补给来源,同时分析δ~2H-δ~(18)O信号和氘盈余资料,对判断有冰川、积雪存在地区地下水的补给来源和循环演化具有普遍的水文地质意义和应用价值。     

江苏洋口港地区地下水的环境同位素组成及其形成演化研究

江苏洋口港地区是江苏沿海开发重点建设的深水港区,水质优良的地下水是港区经济社会发展的重要基础.本研究利用近期获得的钻孔剖面地层对比数据资料,沿水文径流剖面分层采集水样,通过识别地表水、各含水层地下水的环境同位素(δD、δ~(18)O、~3H、~(14)C)组成指纹特征,以揭示研究区地下水的形成演化规律.结果表明,研究区浅层地下水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水在补给地下水过程中经历了明显的蒸发过程;研究区深层地下水的放射性~(14)C年龄主要为15000~26000 a,其稳定同位素δ~(18)O、δD值比现代降水低,是晚更新世末次冰期(大理冰期)的盛冰期降水入渗补给.地下水含水层的氘、氧、碳同位素分布具有明显的呈层性,随着地下水埋藏深度增加,地下水中的δD、δ~(18)O值呈下降趋势.浅层地下水与地表水水力联系紧密,可更新能力较强;深层地下水径流缓慢,总体上处于封闭-半封闭状态,可更新能力弱.江苏沿海平原天然地下水流动是自晚更新世末期以来,伴随着冰退、海平面上升而调整到目前的模式.末次盛冰期以来的自然地理及地质发展史,决定着研究区第四系地下水流系统的演变格局,现代人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.研究在高强度开发地下水条件下的区域水文循环特征,可为沿海地区地下水演变机理和调控研究提供技术支持.     

贵州七星洞石笋文石-方解石序列记录的气候变化

文石-方解石型石笋的矿物相变化可能与气候环境变化存在联系,但中国季风区有关此类石笋的古气候研究比较匮乏.本文对七星洞一个文石-方解石型石笋开展了岩石学鉴定和氧、碳同位素组成分析,发现其文石层的出现与δ18O值、δ13C值的显著偏正存在联系,通过对文石形成的可能机制和δ18O、δ13C值变化的一般规律进行综合分析,验证了该类石笋中文石层出现指示气候干旱的论点.将石笋校正后的方解石δ18O序列与董哥洞δ18O记录进行对比,发现七星洞石笋QXZ文石层指示的干旱事件与董哥洞记录中的弱季风事件存在一定的对应关系,因此,研究该类型石笋的矿物相变化对于全面认识研究区季风变化历史具有重要意义.     

基于δ18O的青藏高原中部错那湖湖水蒸发研究

稳定同位素方法经常被用来估算湖水水量平衡,这种方法主要依赖于水样的采集和同位素分析,并结合研究区域相关的气候和水文信息对湖水进行研究。基于对1999-2001年期间获得的18个湖水样的稳定同位素分析,发现错那湖水δD和δ¹⁸O的平均值分别为-83.3‰和-9.6‰,显著高于流域内同期降水中δD和δ¹⁸O的加权平均值-124.5‰和-16.6‰;流域内湖水稳定同位素的变化幅度远小于降水,但展示了明显的季节变化,夏季值较低而冬春季值较高,这种变化表现出一定的降水量效应,表明降水是湖水主要补给来源之一。结合所获得的流域内降水和河水稳定同位素数据,利用稳定同位素质量平衡方法对非结冰期间错那湖水的蒸发与流入比率(E/I)进行了估算,结果表明,受太阳辐射与气温升高的影响,湖水受到强烈的蒸发,流入错那湖的水大约24%消耗于蒸发。     

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

依据全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中我国东北地区的月大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象资料,分析了该地区大气降水稳定同位素时空分布特征及其影响因子,并建立了局地大气水线方程.结果表明,东北地区大气降水中δ18O值总体上较低,在时间变化上,表现为冬低夏高;从空间分布来看,由南至北加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度线性关系显著,而与降水量则不存在线性关系,利用降水δ18O与温度、降水量、高程、经度和纬度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;采用HYSPLIT 4.9模型对GNIP观测点水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋、极地北冰洋冷湿水汽和太平洋暖湿水汽.     

黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系

为了研究典型黄土丘陵区不同水体氢氧同位素特征及水体间补给转化关系,合理利用干旱半干旱区水资源,通过野外采集2019年6月至11月延安市安塞墩山周围降水、河水、地下水和土壤水样品,运用同位素示踪技术,结合混合模型探索研究区不同水体氢氧同位素特征及水循环转化关系。结果表明:河水、地下水较土壤水富集氢氧同位素;各水体D和18O含量的非稳定性表现为降水土壤水河水地下水;降水、土壤水、河水氢氧同位素随时间变化较大,8月和11月较其他月份贫化,地下水同位素含量较稳定;受强烈的非平衡蒸发作用影响,土壤水、河水和地下水蒸发线的斜率与截距均小于大气降水线,其中土壤水最小。降水和地下水补给河水的比例分别为32.54%、67.46%。土壤水和河水补给地下水的比例分别为72.35%、27.65%。研究区地下水的主要补给水源为土壤水,河水的主要补给源为降水。     

沁河上游硝酸盐的定量源解析及其季节性差异

沁河流域人为源硝酸盐输入增加了河流富营养化的风险.为识别沁河上游硝酸盐来源,分别于2017年10月、2018年3月和2018年6月在沁河上游采集了28个河流表层水样,联合稳定同位素（δ15N-NO₃-和δ18O-NO₃-、δD-H₂O和δ18O-H₂O）和水化学参数（Cl-、NO₃--N、NH₄+-N）评估了沁河上游河流硝酸盐源与关键过程,并基于贝叶斯混合模型量化了不同硝酸盐来源的贡献.结果表明:①沁河上游溶解无机氮以NO₃--N为主,秋季[（2.40±1.17）mg/L]高于春季[（2.11±1.03）mg/L]和夏季[（1.50±0.61）mg/L];受积雪融化的影响,春季δ18O-NO₃-（13.0‰±3.13‰）显著高于夏季（2.90‰±3.12‰）和秋季（6.62‰±1.30‰）.②SIAR同位素模型结果表明,沁河上游硝酸盐主要来自土壤氮和化肥.在春、夏、秋3个季节,土壤氮的硝化对沁河上游硝酸盐的贡献比例分别为27.8%、39.5%和39.3%,化肥贡献比例分别为29.1%、40.2%和41.9%.春季（24.7%）大气沉降的贡献比例高于夏季（2.4%）和秋季（10.6%）.③沁河上游硝酸盐主要受硝化过程的影响,没有发生明显的反硝化过程.研究显示,春季、夏季和秋季沁河上游硝酸盐主要来自土壤氮和化肥的硝化,硝酸盐污染防治应考虑化肥的使用效率和抑制硝化过程的发生.      

新疆博尔塔拉河流域平原区地表水与地下水水化学特征及转化关系

博尔塔拉河流域地质条件复杂,地表水与地下水转化频繁,研究地表水与地下水水化学特征及转化关系对流域水资源合理开发和配置具有重要意义.基于2021年4～5月采集的15组地表水样和39组地下水样,采用APCS/MLR模型和稳定氢氧同位素与水化学相结合的方法,分析了地表水和地下水水化学类型和氢氧同位素分布特征、水化学组分源贡献...     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示

为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:①土壤水分季节变化表现为丰水期（3-6月,土壤蓄水量大而稳定）、耗水期（7-10月,土壤水分以消耗为主）、补水期（11月-翌年2月,土壤水分以补给为主）3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期 > 补水期 > 丰水期.②受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量（P）>3.3 mm,并且LMWL_{P > 3.3 mm}（降水量>3.3 mm时的当地大气水线）较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL（土壤水线）更接近.③由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期 > 补水期 > 耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.④观测期间不同水体中lc-excess（δD与LMWL的差值）的平均值依次为降水（0） > 地下水（-2.80‰） > 土壤水（-5.00‰）,土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞.      

碳氮氧稳定同位素技术在水生态环境中的应用

稳定同位素技术是研究环境和生态系统中元素循环途径的重要方法. 稳定同位素的丰度变化反映了自然界和生物体内混合、分馏双重作用的结果,因此可作为指标计算混合物的来源贡献,或研究造成分馏的化学反应和生物代谢路径. 从20世纪中期确立稳定同位素的基础原理,70年间该技术在地球化学、环境科学、生态学、微生物学、食品科学等领域获得了大量有价值的成果. 其中,水体作为自然环境的重要组成和人类社会的重要资源,已有诸多研究涉及稳定同位素在水环境中污染物溯源、水生态系统元素迁移转化、水生生物营养来源和营养关系等方面的应用. 通过梳理常见的碳、氮、氧稳定同位素在水环境和水生态领域的研究进展,发现污染物和食物来源分析已不局限于定性识别,基于数学模型的混合物组分定量评估方法正得到越来越多的应用;同时,为开展水体脱氮强度和通量估算、水生生物营养级计算及食物网分析,精确测量18O、15N和13C的富集程度以及通过试验和调研获取运算所需的基础参数都是关键步骤. 虽然在实际应用中存在待完善之处,但稳定同位素技术的前沿研究仍昭示了其整体化、精细化的发展方向. 未来与计算科学的方法学进步相结合,将为水科学研究提供更有力的技术支撑.      

西北干旱区降水中 δ18O变化特征及其水汽输送

以IAEA/WMO提供的乌鲁木齐(1986～2003年)、张掖(1986～2003年)与和田(1988～1992年)大气降水稳定同位素观测数据和相关气象要素为基础,通过回归分析得到西北干旱区大气降水方程,并对降水中稳定同位素的时空变化特征及其与气温和降水量的相关关系进行了分析;采用HYSPLIT4.9模型对3个站点水汽来源进行追踪,建立了西北干旱区的水汽输送模式,并对冰冻圈δ18O的记录进行了探讨.结果表明,该区大气降水方程为δD=7.24δ18O+1.96‰,局地蒸发较强烈;乌鲁木齐、张掖与和田降水中δ18O分别波动于-20.58‰～-5.4‰、-18.58‰～-2.46‰和-20.33‰～-0.01‰,均表现出冬低夏高的特点,而d值则表现为冬高夏低;从空间分布来看,δ18O张掖最高,和田次之,乌鲁木齐最低,d值则乌鲁木齐最高,和田次之,张掖最低;降水中δ18O温度效应显著,相关系数分别为0.85、0.81、0.86,而降水量效应不存在;水汽来源轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋海源水汽以及极地北冰洋地区水汽,受其影响δ18O冬半年较低,夏半年则较高;由于冰冻圈环境的独特性,该区冰川雪冰中δ18O的变化与相应的气象站记录对应关系良好,很好地反映着气温的变化.     

台风“麦德姆”福州降水δ18O特征及水汽来源分析

大气降水的氢氧同位素不仅在长时间尺度和短时间尺度上对气候环境有一定的响应,而且在极端天气事件中也响应强烈。论文基于2014年7月23—24日10号台风麦德姆登陆前后福州降水的氢氧稳定同位素分析,发现台风麦德姆降水的δ¹⁸O变化范围为-7.2‰~-15.4‰,整个降雨过程分为3个阶段：阶段1（23日3：00至23日12：00）,雨水δ¹⁸O相对偏正（加权平均值为-7.8‰）,降水开始增加,主要受台风外围环流的影响;阶段2（23日12：00至24日8：00）,雨水δ¹⁸O显著偏负（加权平均值为-13.9‰）,采样点降水量达134.8 mm,约占观测时段降水量的78%,降雨量效应明显,主要受台风云雨区影响;阶段3（24日8：00至24日17：00）,雨水δ¹⁸O偏正（加权平均值为-9.2‰）,降水减少,台风远离福州。通过降水δ¹⁸O的阶段性特征以及过量氘,结合水汽输送通量与HYSPLIT-4模拟水汽轨迹分析,确定此次降水的水汽源主要来自西北太平洋水汽通道与孟加拉湾和南海水汽通道。     

卧龙巴郎山高山灌丛降雨和穿透水稳定性氢氧同位素特征研究

论文对巴郎山区夏季降雨和不同海拔样地穿透水的H、O同位素特征进行了研究。由于8月底9月初冷气团的到来较大地改变了降雨的同位素特征,该地区夏季大气降水线为δD=9.93δ^{18,/sup>O+26.07,偏离全球降水线(GMWL)较多。降雨的温度效应和雨量效应表现出相互交叉的现象,表明该地区温度和雨量是交替起主导作用而引起降雨同位素组成变化的。H的同位素效应比O明显,其原因是H同位素分馏比O剧烈,从而对环境因子的响应比O灵敏,因此H同位素在森林水文研究中比O更有用。H同位素值在不同样地穿透水间存在差异,这是由它们不同的植被结构及周边微环境因子引起的水分蒸发状况和对雾水截获能力差异导致的。穿透水和降雨同位素值间存在较强线性关系。穿透水的同位素值不一定大于降雨,表明影响穿透水同位素值的因素不仅仅是水分蒸发和植被对雾水的截获,而应是多种因素的综合效应,对这些因素的全面了解将对同位素技术在森林水文研究中的进一步应用有重要意义。}