漓江流域δD和δ18O对蒸发的指示作用

以漓江流域为例查明不同水体之间氢氧稳定同位素组成特征,并探讨氢氧稳定同位素对漓江流域的蒸发过程指示作用.结果表明：流域内不同水体之间,氢氧稳定同位素表现出不同的组成特征,地表水和地下水,在丰水期δD值和δ¹⁸O值要比枯水期更容易富集,地下水的δD值和δ¹⁸O值分布范围较地表水小;随着水温的升高,δ¹⁸O的变化趋势比d-excess明显.从漓江上游到下游高程逐渐下降,河水线的斜率和截距也在逐渐减小,其中漓江下游河水线的斜率和截距要低于当地大气降水线,表明下游受到蒸发作用较强烈;地下河水线、地表河水线在一定程度上偏离当地大气降水线,但偏离程度较小,表明三者之间有很好的水力联系.受温度和湿度的共同影响,漓江干流丰水期河水的蒸发量占最初水体总量的0.7%~9.1%,枯水期河水的蒸发量占最初水体总量的2.6%~9.7%,丰水期的蒸发比例低于枯水期,从上游到下游蒸发比例在逐渐上升.研究区蒸发量估算值为959.40mm,与多年实测值少43.11mm,相对误差4.70%.氢氧稳定同位素对研究区降水、地表水、地下水之间的转换规律具有重要的实际意义,在今后的漓江流域水文研究中有着更加广阔的空间.     

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...     

白洋淀不同水体氢氧同位素特征及其指示意义

为深入认识白洋淀湿地水文循环过程,于2020年开展大气降雨、河水、湖水和地下水样品采集和测试,揭示了不同水体氢氧稳定同位素特征及其对蒸发、水动力条件、地表水和地下水交互作用的指示意义.结果表明,白洋淀不同水体氢氧同位素特征差异较大,δD和δ18O均值存在如下关系:6月湖水＞10月湖水＞上层地下水＞河水＞中层地下水＞下层...     

氢氧同位素组成对丰沛平原区水循环的指示意义

丰沛平原区包括丰县、沛县与铜山区北部,近年来该地区出现地下水超采、地下水氟污染等严重的问题。为调查该地区水循环情况,采集了地表水与地下水样品共28个,分析了氢氧同位素组成的分布规律及其影响因素,并讨论了丰沛平原区浅层地下水与地表水转化关系以及各自的蒸发损失情况。研究结果表明：大气降水的云下二次蒸发程度较小,地下水的蒸发比附近地区更强烈。地下水同位素含量呈现总体沿地下径流方向逐渐富集的趋势,且地下水¹⁸O与CO₂存在微弱的交换作用导致¹⁸O贫化。结合水文地质调查与氢氧同位素特征,推断出河流中上游更倾向于地下水补给地表水,河流下游地表水对地下水大量渗漏。利用两端元法计算得出,总体上地表水受到地下水补给的比例为20%～40%左右,部分地区补给比例达60%以上。河流下游河水对地下水的补给比例大多介于25%～50%不等,部分点位可达90%。采用非平衡分馏条件下的Rayleigh模型计算蒸发比例,河水的蒸发损失约为23%～28%,地下水蒸发损失约为15%～20%。结果可为丰沛平原区及周边相似地区的水资源管理提供科学参考。     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

闪电河流域“三水”氢氧同位素特征及水体转换分析

通过采集闪电河流域2020年2月至2022年2月的降水与2021年的丰(8月)和枯(10月)水期的地表水和地下水,运用稳定同位素技术,对流域“三水”的氢氧稳定同位素进行时空变化分析,探讨水体同位素与环境因子的关系,结合HYSPLIT模型追踪大气水汽来源,利用端元混合模型揭示水体转换关系.结果发现,当地降水线的斜率和截距均小于当地大气降水线,水汽主要来自西风水汽、极地气团和东亚季风环流,降水同位素有显著的温度效应;时间上,地表水与地下水同位素在季节变化上均表现出枯水期较丰水期更富集,地表水与地下水d-excess值均低于全球平均值,显现出当地强烈的蒸发作用;空间上,地表水δ¹⁸O值丰枯季节在空间上具有相同的变化特征,呈现上游至下游逐渐富集,地下水δ¹⁸O高值区空间分布不均,地下水δ¹⁸O值随埋深的增加更加贫化;地下水水线斜率最高在丰水期为7.87,与当地大气降水线和地表水水线斜率十分接近,表明丰水期“三水”存在复杂的水力联系.研究区在丰水期地表水主要接受降水的补给,其次是接受地下水的径流补给.研究结果有助于明确闪电河流域同...     

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。     

盐度对水体蒸发氢氧稳定同位素分馏的影响

干旱区强烈的蒸发作用导致地表水体和土壤水、浅层地下水中盐度不断升高,而盐分亦会导致蒸发强度降低,水体蒸发导致的氢氧稳定同位素分馏特征是确定蒸发量的有效手段,但目前水体蒸发过程中氢氧同位素分馏特征的研究主要集中于淡水和低矿化度盐水,为探求不同盐度对水体蒸发过程中的氢氧稳定同位素分馏的影响,开展浓度分别为0、10、20、50、100和200 g/L盐溶液的室内蒸发实验,比较纯水与不同浓度盐水蒸发过程中氢氧稳定同位素的差异,探究其分馏过程,定量评价盐度对水分蒸发分馏过程的影响。实验结果表明：蒸发量随着水体盐度的升高而呈指数形式降低;蒸发过程中,重同位素在水体中不断富集,0～200 g/L盐水中²H、¹⁸O和¹⁷O的瑞利分馏系数分别在1.089～1.155、1.019～1.033和1.009～1.018之间,并呈现随着盐水浓度的增大瑞利分馏系数逐渐增加的趋势;纯水和盐水中的δ²H-δ¹⁸O、δ²H-δ¹⁷O和δ¹⁷O-δ...     

乌鲁木齐河流域西山地区地下水化学特征

乌鲁木齐河西山地区位于流域中游上段山间盆地的西部,具有独特的水文地质条件,作为乌鲁木齐市的备用水源地,其地下水环境和补给排泄条件的研究非常重要。通过地表水和地下水的化学成分演化研究,结合氢氧稳定同位素分析,将地下水的补给分为两期,即全新世补给和晚更新世补给,并以此得出乌鲁木齐河在晚更新世发育于研究区现在河道的西侧,自末次冰期后由西向东摆动的结论。另外西山地区农场的灌溉活动,促进了河水的蒸发以及后续的溶解交替发生,方解石和石膏矿物不断从河水中溶解,芒硝的相对浓度不断在地下水中累积。当原河水蒸发成固相蒸发盐,然后溶解在新补给的水体中时,原河水的氢氧同位素值不再被保留下来。     

基于2H&18O和水化学成分的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂, 揭示了永定河流域中下游地下水 循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样, 进行室内水化学和氢氧同位素组成测定, 分 析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势, 揭示了流 域地下水循环特征。结果表明, 降水是山前地下水的主要补给源, 地下水在接受降水的补给后经过 了不同程度的蒸发作用, 山区受蒸发影响较小, 平原区较大, 尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈 的蒸发浓缩作用; 水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原, 自浅层到深层, 地下水的 矿化度逐渐升高; 平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象; 沿海地区未发现 海水入侵现象。     

干旱区咸水灌溉土壤水中氢氧稳定同位素组成的动态特征

土壤水蒸发是水文循环的重要环节,利用氢氧稳定同位素来确定土壤水蒸发量的研究中很少考虑矿化度(即盐分)对土壤水同位素蒸发分馏作用的影响。在新疆炮台试验站开展了不同浓度NaCl溶液入渗和蒸发试验,研究强蒸发作用下不同矿化度土壤水中氢氧稳定同位素的动态变化特征以及盐分对土壤水同位素蒸发分馏作用的影响。结果表明:强烈的蒸发作用导致土壤水中重同位素富集,土壤水的δD-δ~(18)O曲线斜率显著低于当地大气降水线,且随着深度的增加,土壤水的蒸发程度减弱,土壤水中氢氧稳定同位素组成趋近于当地大气降水线;盐分对土壤水分的蒸发分馏起到了明显的抑制作用,盐水灌注剖面土壤水中氢氧稳定同位素分布与天然情况存在明显差异,且随着盐分浓度的增加,土壤水中氢氧稳定同位素组成和氘盈余d值的变化幅度变小,其变化幅度亦呈现随深度增加而降低的趋势;0～30 cm深度的土壤水受蒸发分馏作用的影响大,其蒸发线方程为δD=3.599 9×δ~(18)O-54.31(R~2=0.744 5),对盐分较为敏感;50～120 cm深度的土壤水受蒸发分馏作用的影响较弱,其蒸发线方程为δD=7.577 9×δ~(18)O-2.653 9(R~2=0.829 4),盐分对其影响较小。     

基于水化学和稳定同位素的白洋淀流域地表水和地下水硝酸盐来源

为探究白洋淀流域生活污水河附近地表水和地下水硝酸盐来源,于2014年7月沿着生活污水纳污河——府河采集地表水和地下水.通过分析水化学和氢氧同位素(δ~2H、δ~(18)O)明确地表水和地下水转化关系,并通过硝酸盐氮(δ~(15)N)同位素确定硝酸盐来源.结果表明,河水来源于城市和农村生活污水,同时受蒸发作用影响.浅层地下水受府河、白洋淀和太行山山区地下水侧向补给.浅层地下水硝酸盐超标(世界卫生组织)率为16.7%.受水体自净能力的影响,府河上游硝酸盐浓度大于下游.受区域水流方向的影响,南岸浅层地下水硝酸盐浓度大于北岸.近河和近淀区域浅层地下水硝酸盐主要来自于地表水.此外,土壤、化肥及其点源污染也是地下水硝酸盐的主要来源.城市和乡村居民生活及农业生产活动影响区域地表水和地下水硝酸盐.     

店埠河流域地表水-地下水水化学特征及其成因分析

巢湖是我国水污染防治的重点水体,但近年来一直处于较高的富营养化水平.以巢湖二级支流店埠河流域内的地表水和地下水为研究对象,测试不同水体水化学组成和氢氧同位素值,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图和离子比值等方法,分析其季节性和空间变化特征,探讨地表水和地下水的水化学特征和形成机制.结果表明,①大气降水是店埠河流域地表水和地下水的主要补给来源,地表水的蒸发分馏效应比地下水更显著.不同时期,地表水比地下水更富集氢氧稳定同位素.地表水和地下水中氢氧稳定同位素均呈季节性变化特征,丰水期相对富集,枯水期相对贫化.②店埠河流域地表水和地下水均为弱碱性水,地表水中各离子浓度明显小于地下水,地表水中阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,地下水中阳离子以Ca²⁺为主,水体中的优势阴离子均为HCO₃^-.地表水的水化学类型以HCO₃·Cl-Na·Ca型水为主,地下水以HCO₃-Na·Ca型水为主.③地表水和地下水主要水化学指标浓度具有一定的时空差异性.从丰水期到枯水期,地表水中TDS、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-和SO₄^2-浓度整体呈现上升趋势.地下水中Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺浓度整体变化不大,略有增加趋势,Cl^-、SO₄^2-和NO₃^-浓度整体呈上升趋势.从上游到下游,地表水中主要水化学指标浓度呈现先减小后增大的趋势,NO₃^-浓度增幅最大.地下水在径流方向上主要水化学指标浓度整体变化不大,但呈现出排泄区大于补给区的规律.④水体水化学特征的形成主要受水-岩作用控制,同时还受到人为因素影响.水-岩作用主要为硅酸盐岩、盐岩和碳酸盐岩等矿物的风化溶解.污水处理厂污水、生活污水和粪肥等污染物已明显改变了局部水体的水化学特征.⑤与2016年相比,地表水中的NO₃^-浓度已有不同程度地减少,当地政府进行的氮污染控制工作已取得一定成效,但仍需在店埠河下游、部分支流（定光河和马桥河）和部分居民点加强对污水及粪肥的污染防控.     

胶莱平原大气降水氢氧稳定同位素特征研究

区域大气降水稳定同位素组成是利用同位素技术研究区域水循环所必须的前提,对于深入了解水循环过程具有重要意义。本研究基于次降水样品,分析了胶莱平原及周边地区降水氢氧稳定同位素特征,探讨了降水同位素的环境效应,并通过对比分析不同水汽输送路径站点的降水同位素季节变化趋势,揭示了胶莱平原大气降水水汽来源。结果显示：胶莱平原大气降水线LMWL为δ²H=6.38δ¹⁸O + 0.72,胶莱平原大气降水δ¹⁸O存在较显著的温度效应和降水量效应,高程效应不显著。6—9月,胶莱平原降水水汽主要受控于东亚季风,水汽主要来自相邻太平洋海域蒸发水汽;10月—次年5月,胶莱平原降水水汽主要受控于西风,水汽来源于局地蒸发,受极地水汽影响较小。本研究结果将为胶莱平原地表水—地下水—海水之间的相互转化及水循环研究提供基础。     

湘西北红壤丘陵区土壤水运移的稳定性同位素特征

稳定同位素技术为土壤水运移研究提供了新的研究手段.通过对红壤丘陵区降水和不同深度土壤水稳定性氢氧同位素的示踪,研究了2种不同植被类型(油茶林、玉米地)土壤水分运移过程.结果表明,该区大气降水稳定性同位素存在明显的降水量效应和季节效应.油茶林0~50 cm、玉米0~40 cm土壤水氢氧同位素值随深度增大而增大,但干旱时段降水后表现出相反的趋势;油茶林50 cm、玉米40 cm以下土壤水氢氧同位素值随深度增大而减少,蒸发影响微弱.油茶林入渗率受降水量影响明显,大雨后2~3 d入渗率约为50~100 mm/d,之后入渗率明显减慢,50 cm土层常成为阻隔层.玉米地由于通透性差,入渗率更低.红壤丘陵区土壤水氢氧同位素值变化主要是受前期降水形成的混合水样的影响,蒸发影响次之.油茶林蒸发强度小于玉米地,但蒸发深度较玉米地深.     

水化学和环境同位素对济南东源饮用水源地地下水演化过程的指示

济南东源水源地属于岩溶裂隙水,是济南市的主要供水水源.以济南市东源水源地为研究区,通过对研究区地下水和地表水的主要离子含量、氢氧同位素比值分析,揭示了东源饮用水源地地下水的补给来源、地表水的影响及水岩作用过程.结果表明,区内地下水水化学类型相似,阳离子以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)离子为主;大气降水是该地区地下水和河水的主要补给来源,且经历了不同程度的蒸发作用.地下水化学组分主要受水-岩作用的控制,方解石和石膏等贫镁矿物的溶解沉淀以及上覆第四系地层硅酸盐矿物的水解是区内地下水水化学组分的主要来源;部分地段河水污染渗漏补给地下水,造成地下水污染,主要超标指标为总硬度、NO_3~-、NH_4~+、SO_4~(2-)、Fe和Mn.     

南太行山山前平原地下水水化学以及同位素组成研究

采用环境同位素和水化学方法,通过分析南太行山山前平原不同类型水体氢氧稳定同位素(δD和δ18O)、溶解性无机碳同位素(δ~(13)C-DIC)和水化学组成特征,探讨不同水体来源以及人类活动对地下水水质的影响过程。研究区地下水氢氧同位素组成表明,区内地下水均来自大气降水,补给区和排泄区浅部含水层地下水较深部含水层地下水氢、氧同位素值均偏正,氘盈余值(d值)也偏小,显示浅部含水层地下水受蒸发作用影响。同时排泄区地下水氢、氧同位素值较补给区地下水偏正,显示排泄区地下水经历较明显的蒸发过程。研究区地下水溶解性无机碳碳同位素(δ~(13)C-DIC)组成表明,补给区和排泄区浅部含水层地下水δ~(13)C-DIC值较深部含水层δ~(13)C-DIC值均偏负,显示浅部含水层地下水无机碳更多来源于有机物分解。同时排泄区地下水δ~(13)C-DIC值较补给区地下水δ~(13)C-DIC值偏负,表明排泄区地下水溶解性无机碳受有机物分解影响较大。研究区地下水水化学组成表明,补给区地下水水化学类型以Ca-HCO3型为主,排泄区地下水水化学类型以Na-HCO3-SO4型为主。结合同位素组成特征,补给区地下水水化学组成主要受溶滤作用和人类活动的影响,排泄区地下水水化学组成则受溶滤作用、蒸发浓缩作用、阳离子交换作用和人类活动的共同控制。     

云应盆地北部浅层地下水氢氧同位素特征分析

区域氢氧同位素特征对于区域地下水来源具有非常重要的指示意义,可为正确评价与合理开发利用地下水资源地下水提供科学依据。以云应盆地北部的澴河河谷阶地为研究对象,分析了流域内不同含水层地下水中氢氧同位素特征,探讨了流域内浅层含水层之间的水力联系及其水循环特征。结果表明:研究区各含水层地下水样点主要分布在当地大气降水线的右侧,构成斜率明显小于大气降水线的蒸发线;不同含水层地下水中δD、δ18 O值的不同体现了研究区不同水体的水循环条件存在差异性;不同含水层蒸发线的斜率不同说明各含水层的蒸发强度不同,其蒸发强度与含水层的埋藏深度表现出一致性。     

胶莱平原大气降水氢氧稳定同位素特征研究

区域大气降水稳定同位素组成是利用同位素技术研究区域水循环所必须的前提,对于深入了解水循环过程具有重要意义。本研究基于降水样品,分析了胶莱平原及周边地区降水氢氧稳定同位素特征,探讨了降水同位素的环境效应,并通过对比分析不同水汽输送路径站点的降水同位素季节变化趋势,揭示了胶莱平原大气降水水汽来源。结果显示：胶莱平原大气降水线LMWL为δ²H=6.38δ¹⁸O+0.72,胶莱平原大气降水δ¹⁸O存在较显著的温度效应和降水量效应,高程效应不显著。6—9月,胶莱平原降水水汽主要受控于东亚季风,水汽主要来自相邻太平洋海域蒸发水汽;10月—次年5月,胶莱平原降水水汽主要受控于西风,水汽来源于局地蒸发,受极地水汽影响较小。本研究结果将为胶莱平原地表水—地下水—海水之间的相互转化及水循环研究提供基础。     

景观带尺度高寒区水文特征时空变化规律研究

目前高寒区景观带尺度水文规律的研究还非常薄弱.同位素技术被用来甄别高寒区不同景观带冰川、积雪、冻土、地表水、地下水和降雨等对径流的贡献组合及其时空变化规律,旨在揭示各景观带的水文规律.结果表明马粪沟流域雨季降雨量大,温度效应显著,易发生再次蒸发,致使各水体δ18O和δD较高.干季气温低,降水多为固态,蒸发弱,不易受到再次蒸发和周围水汽交换影响,致使各水体δ18O和δD相对偏负.降雨和各水体在雨季富集重D和18O,干季较贫重同位素,存在季节效应.降雨存在高程效应,δ18O=-0.005 2 H-8.951,R=-0.917 2;δD=-0.018 5 H-34.873,R=-0.876 3.流域各景观带各水体在雨季和干季均不存在高程效应,是因为出山径流均非以降雨直接补给为主,受冰川、积雪和冻土等冻融过程影响,降水、融水、地表水与地下水等相互转化,导致同位素特征发生变化,混合和蒸发效应是其同位素变化的主要控制因素.