矿区流域不同水体同位素时空特征及水循环指示意义

为了探究平朔矿区所在流域不同水体同位素的时空变化规律, 揭示采煤活动下区域水循环规律, 于2020年8月和12月对流域内地表水、地下水和矿井水进行采样, 测试样品的D和18O同位素组成, 并利用贝叶斯混合模型MixSIAR计算了矿井水不同来源的贡献率。结果表明: ①地表水和矿井水δD和δ18O夏季较冬季高; 地下水δD和δ18O季节差异不明显。地表水氢氧同位素值沿程呈增加趋势, 但局部受到矿井水的补给, 出现贫化; 地下水氢氧同位素值沿径流方向呈逐渐增加趋势。②采煤区氢氧同位素值较非采煤区明显增加。受季节效应影响, 在空间分布上8月浅层地下水氢氧同位素高值区域较12月明显增多。③ δ18O与δD关系图表明, 地表水在接受大气降水的补给之后受到了蒸发分馏作用的影响; 浅层地下水的补给源较复杂, 深层地下水由于采煤形成的导水裂隙带受到了浅层地下水和地表水的补给; 矿井水受地表水、浅层地下水和深层地下水的补给。④ MixSIAR模型揭示出深层地下水是矿井水的主要补给来源, 占61.60%~67.20%, 且补给比例冬季大于夏季; 浅层地下水对矿井水的补给存在明显季节差异。     

小昌马河流域地表水地下水同位素与水化学特征及转化关系

利用小昌马河流域上游大雪山老虎沟冰雪融水及下游昌马洪积扇区地下水的稳定同位素和水化学资料, 对流域稳定同位素和水化学的组分特征和季节变化进行了分析. 结果表明: 小昌马河流域内从上游冰雪融水区到下游昌马洪积扇地下水排泄区矿化度不断增高, 水化学类型由HCO₃-Mg-Ca过渡到HCO₃-SO₄-Ca-Mg; 上游冰雪融水与下游地下水δ¹⁸O的季节变化基本一致, 洪积扇区地下水来源于冰雪融水的补给. 水文地球化学模型模拟显示地下水形成过程中水岩作用以析出方解石, 吸收二氧化碳, 溶解石膏、 岩盐和绿泥石等为主要特征, 溶蚀的含盐矿物使地下水中氯化物、 硫酸根和钠离子含量升高, 地下水水质恶化. 同位素和水化学证据均揭示了小昌马河流域地表水-地下水的化学环境转化关系.     

运城盆地地下水同位素年龄特征及其演化过程和可持续利用

通过分析运城盆地地下水的碳同位素组成,结合水化学特征,揭示了盆地深层承压地下水的补给期为22～3 ka BP （现代碳百分比(a¹⁴C) 6~38 pmC）。浅层地下水（71~89 pmC）由现代水或现代水和老水混合组成。深层地下水氢氧同位素组成特征（δ¹⁸O~-10‰; δ²H~-70‰）表明地下老水在气候较冷的环境下受到补给,而浅层地下水的氢氧同位素组成（δ¹⁸O~-8‰; δ²H～-51‰）特征与现代西安降水组成相似。浅层地下水NO^-₃平均含量（31mg/L）比深层地下水（1.8 mg/L）高,硝酸盐的δ¹⁵N－δ¹⁸O_NO3 组成 (0‰～5‰）揭示了硝酸盐的主要来源为综合肥料。此外,浅层地下水的TDS由于蒸散发、矿物溶解,可达8.5 g/L（平均2.0 g/L）,深层地下老水TDS可达1.8 g/L（平均1.1g/L）水质相对较好。研究区目前主要开采深层地下水,受断裂带影响,浅层地下水已经侵入中深层地下水并与之发生混合,严重影响了中深层地下水的水质。如果发生大规模的浅层地下水与中深层地下水混合,会造成中深层地下老水的NO^-₃、TDS等含量越来越高。     

三江平原地表水与地下水氢氧同位素和水化学特征

地表水与地下水的相互作用是水循环研究中的重要组成部分,是水资源管理、规划和优化配置的基础。通过野外考察取样和室内测试分析,应用同位素和水化学方法分析了三江平原地表水与地下水的相互作用关系。结果表明:兴凯湖水氢氧同位素最富集,乌苏镇井水同位素最贫化。松花江、黑龙江和乌苏里江沿河流流向,δD都呈现贫化的趋势;δ18O在松花江和黑龙江沿河流流向有富集的趋势,而沿乌苏里江则呈现贫化趋势。在松花江和黑龙江汇合处,黑龙江江水同位素贫化,电导率低。深井的氢氧同位素比浅井贫化,电导率较小。三江平原当地大气降水线(LMWL)为δD=7.4δ18O-3.1。三江平原水化学主要是Ca·Mg-HCO3型,在人类活动较大的地方,水化学类型发生了改变。利用氢氧同位素和水化学分析表明降水是地表水和地下水的补给源,地表水与地下水水力联系较强。地表水与地下水应作为统一体进行水资源管理。     

青海湖布哈河流域枯水期氢氧同位素和氡同位素分布特征及其意义

查明青海湖布哈河流域地下水 地表水相互作用对指导青海湖国家公园生态建设和生态保护具有重要意义。本文通过水化学、稳定同位素(δD和δ18O)和放射性氡同位素(222 Rn)研究了青海湖布哈河流域地下水 地表水相互作用。结果显示,布哈河流域河水和地下水水化学主要受水岩作用影响,而孔隙水和湖水主要受蒸发结晶影响。氢氧同位素具有空间变异性。地下水与河水222 Rn活度中游高而上下游低;孔隙水中222Rn活度值在横向上随着离岸距离的增加而降低,纵向上随着深度增加而表现出降低的趋势。地表水体的222 Rn活度时间分布特征表现出明显的日间高、夜间低的昼夜循环特征。表明枯水期河水主要由地下水进行补给,中上游地区和下游地区地下水补给量占比分别为96%和87%,但是降水发生时地下水 地表水相互作用发生了转换,降水前主要是地下水补给地表水,降水后则是地表水补给地下水,占比达98%。本研究为进一步开展咸水湖及世界其他地区的类似研究提供了有益借鉴和参考。     

柳江盆地地表水与地下水转化关系的氢氧稳定同位素和水化学证据

地表水与地下水相互作用是水循环研究的重要组成部分,是研究区域水资源量的基础。通过实地水文地质调查和采样,在对水体氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上,分析了盆地内枯水期河水和地下水的水化学和氢氧同位素组成特征及空间变化规律,旨在揭示河水与地下水的相互转化关系。研究表明:盆地内地下水主要为HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg类型低矿化度水,各区域地下水具有统一联系性,经历了相同或相似的水化学形成作用;河水水化学类型与地下水相同,且水化学成分来源一致。地下水和河水氢氧同位素组成相接近,最终来源主要为大气降水补给。其中河水在径流过程中受蒸发浓缩作用影响,重同位素略富集。受地形地貌、地质及水文地质条件影响,盆地内地下水与河水之间的补给—排泄相互作用关系具有明显的分段性,相互转化频繁。大石河上游区域和东宫河流域总体上表现为河水受两侧地下水补给;大石河下游区域,表现为河水补给两侧地下水。     

基于水化学和氢氧同位素的兴隆县地下水演化过程研究

地下水的补给来源及其水-岩作用过程研究对于识别地下水水化学成分的形成机制、合理开发利用和地下水污染防治具有重要意义。为了了解兴隆县地区地下水水质及其水源涵养条件,为区域地下水污染防治和饮用水源安全提供支持,论文基于兴隆县地下水的水化学和氢氧稳定同位素（δD和δ18O）特征,综合利用Gibbs图解、主要离子比值和统计分析方法,深入讨论了兴隆县地下水的水化学特征、补给来源和水文地球化学演化过程。研究结果表明,兴隆县地下水呈弱碱性,主要为HCO₃—Ca·Mg型水,总溶解固体（TDS）变化范围为52.2~556.8 mg/L,平均值为238.0 mg/L;地下水主要来源于大气降水补给,蒸发作用对地下水水化学组分的影响较小;区域地下水的水化学组分主要受碳酸盐岩组成矿物白云石和方解石的溶解-沉淀过程的控制,受上覆铝硅酸盐矿物水解影响不大;区域东部和南部地下水Sr2+含量较高,推测碳酸盐岩下伏侵入岩及古老变质岩分布对Sr2+富集有一定影响;地表水和地下水水力联系密切,部分区域地下水受人类活动影响,造成地下水NO₃-含量超过饮用水卫生标准限值。     

同位素技术解析安阳河与地下水相互作用

河流与地下水相互作用研究是水文学研究的难点和热点。安阳河与地下水相互作用研究,对于安阳市水资源科学开发与管理具有重要意义。安阳河冲洪积扇地表水与地下水转化率为17%～27%。潜水位标高为80 m,向下游逐渐变成多层含水层（水位40 m）。当地降水环境同位素监测数据表明,当地大气降水线与全球大气降水线接近平行,表明该线代表本地区大气降水的氢氧同位素特征。地表水同位素值较集中,2016年8月δ18O值变化范围为-9‰~-8.7‰,δD值变化范围为-65‰~-63‰,2017年1月δ18O值变化范围为-8.5‰~-8.2‰,δD值变化范围为-63‰~-61‰,河水水化学类型为HCO3·SO4—Ca型,表明流域内地表水的同位素值受距离的影响较小。地下水稳定同位素值变化较大,2016年8月δ18O值范围为-10.4‰~-5.5‰,δD值范围为-75‰~-46‰,2017年1月δ18O值范围为-10.2‰~-5.4‰,δD值范围为-75‰~-45‰,即从接近降水值到最大值形成一条“蒸发”线。河流出山口一带地下水同位素值呈现最大蒸发值,表明地表水补给地下水,地下水化学类型为HCO3·SO4·Cl—Ca,存在明显人为污染成分。下游为大气降水补给浅层地下水,中深层地下水主要来源于中游侧向径流,水化学类型主要为HCO3—Ca·Mg型,综合分析表明,安阳河中下游（冲洪积扇）地带“三水”转换积极,并影响其水质、水量。     

济南泉域浅层地下水水化学同位素研究

文章系统地分析了济南泉域浅层地下水(第四系孔隙水)和地表水的水化学成分和氢氧稳定同位素,并结合当地地形和水文条件,研究了不同地段浅层地下水和地表水的不同补给来源,揭示了浅层地下水与岩溶水的水力联系,得出浅层地下水在市区和东郊以降水入渗补给为主;在西郊和平安店则以岩溶水顶托补给和地表水(河水和水库水)入渗补给为主、当地降水入渗为辅的结论。为保护泉水、优化泉域内地下水开采方案提供了重要依据。     

招远金矿区水体中硫同位素特征及其对污染来源的指示

稳定同位素因其指纹效应已成为分析矿区污染来源的重要技术手段。文章以招远金矿区为例,应用硫同位素联合水化学分析、聚类分析及氢氧同位素分析招远金矿区水污染特征和成因。通过分析可知,矿区内地表水和地下水主要接受大气降水补给,水力联系密切。水化学类型以SO₄—Ca和SO₄—Na型为主,阴离子以SO₄2-为主,地表水和地下水的NO₃-和Cl-在空间上变异性较大。地表水硫酸盐含量普遍偏高,硫酸盐污染较为严重,高值区出现在玲珑金矿、金翅岭金矿和张星镇附近;而地下水高值区都出现在玲珑金矿附近,且SO₄2-浓度沿着径流方向逐渐降低。地表水中硫酸盐δ34S值介于1.8‰~9.8‰,地下水中硫酸盐δ34S值介于2.7‰~9.6‰,地表水和地下水硫酸盐含量受玲珑金矿硫化、玲珑花岗岩和胶东岩群影响明显。在地下水径流途中,有地表水入渗污染地下水的现象。另外,工业废水的排放也是硫酸盐含量升高的主要原因。研究表明:硫同位素在金矿区硫酸盐污染的来源和特征方面有很好的指示作用,是评价矿山开采对地下水污染的有效工具。     

内蒙古河套盆地地表水-浅层地下水化学特征及成因

地表水-地下水的相互作用不仅影响地下水化学演化,而且控制地下水化学组分的空间分布,是地下水研究领域的重要课题之一。在内蒙古河套盆地采集地下水样品58组,雨水和地表水样品32组,分析了主要离子、微量组分和氢氧稳定同位素等18个指标。结果表明,研究区地表水除了受蒸发浓缩作用影响外,还受到人为活动的影响,水中钙离子、硫酸根、硝酸根等组分明显升高。浅层地下水具有与地表水类似的主要组分和同位素特征,表明浅层地下水可能受到地表水的影响。地表水补给进入含水层的过程中,可能发生了硅酸盐矿物的非全等溶解、盐岩全等溶解、重晶石沉淀、硝酸根、铁氧化物矿物和硫酸根还原等作用。其中,铁氧化物矿物的还原是地下水砷含量高的主要原因。此外,砷浓度还受硫酸根还原的影响。因此,地下水-地表水的综合研究有助于揭示地下水的成因及水文地球化学过程。     

The interaction between surface water and groundwater and its effect on water quality in the Second Songhua River basin,northeast China

The relationship between surface water and groundwater not only influences the water quantity, but also affects the water quality. The stable isotopes (δD, δ ¹⁸O) and hydrochemical compositions in water samples were analysed in the Second Songhua River basin. The deep groundwater is mainly recharged from shallow groundwater in the middle and upper reaches. The shallow groundwater is discharged to rivers in the downstream. The runoff from upper reaches mainly contributed the river flow in the downstream. The CCME WQI indicated that the quality of surface water and groundwater was ‘Fair’. The mixing process between surface water and groundwater was simulated by the PHREEQC code with the results from the stable isotopes. The interaction between surface water and groundwater influences the composition of ions in the mixing water, and further affects the water quality with other factors.     

地下水与地表水水量交换识别及交换量计算——以新汴河宿州段为例

为提高地下水与地表水交换量计算结果的准确性,本文利用水力联系、水头差、水温、氡-222、氢氧稳定同位素构建综合识别方法（HHTRO）,对新汴河宿州段地下水与地表水水量交换进行识别,并计算交换量。计算结果表明:研究河段单位河长地表水补给地下水的水量变化范围为8.69~366.82 m3/（d·m）,地下水补给地表水的水量变化范围为0.72~120.90 m3/（d·m）;研究河段左岸为地下水补给地表水,单位河长净补给量为45.26 m3/（d·m）;河段右岸为地表水补给地下水,单位河长净补给量为214.33 m3/（d·m）;研究河段地下水与地表水水量交换以地表水补给地下水为主,地表水补给地下水的比例为55.14%。本研究可推动地下水与地表水交换量计算方法的发展,为流域或区域水资源评价提供必要的理论方法。     

A study of the interrelation between surface water and groundwater using isotopes and chlorofluorocarbons in Sanjiang plain,Northeast China

Surface water and groundwater are the main water resources used for drinking and production. Assessments of the relationship between surface water and groundwater provide information for water resource management in Sanjiang plain, Northeast China. The surface water (river, lake, and wetland) and groundwater were sampled and analyzed for stable isotopic (δD, δ ¹⁸O) composition, tritium, and chlorofluorocarbons concentrations. The local meteoric water line is δD = 7.3δ ¹⁸O–6.7. The tritium (T) and chlorofluorocarbon (CFC) contents in groundwater were analyzed to determine the groundwater ages. Most groundwater were modern water with the ages <50 years. The groundwaters in mountain area and near rivers were younger than in the central plain. The oxygen isotope (δ ¹⁸O) was used to quantify the relationship between surface water and groundwater. The Songhua, Heilongjiang, and Wusuli rivers were gaining rivers, but the shallow groundwater recharged from rivers at the confluence area of rivers. At the confluence of Songhua and Heilongjiang rivers, 88 % of the shallow groundwater recharged from Songhua river. The combination of stable isotopes, tritium, and CFCs was an effectively method to study the groundwater ages and interrelation between surface water and groundwater. Practically, the farmlands near the river and under foot of the mountain could be cultivated, but the farmlands in the central plain should be controlled.     

Relationship Between Surface Water and Groundwater in the Liujiang Basin—Hydrochemical Constrains

The interaction between surface water and groundwater is not only an important part of the water cycle, but also the foundation of the study on regional water resources quantity. The field hydrogeological investigation and sampling in the Liujiang basin were conducted in the dry season, in April, 2015. The isotopic ratios of hydrogen and oxygen and ion compositions as well as the hydrogeochemical characteristics indicated that the groundwater in the basin was mainly HCO₃-Ca and HCO₃-Ca·Mg type low salinity water. The groundwater of each region had a unified connection, experiencing the same or similar hydrochemical formation, and the surface water had the same hydrochemical type and source of hydrochemical composition as groundwater. The hydrogen and oxygen isotopic compositions of surface water and groundwater were close to each other, which were mainly from the atmospheric precipitation. In the runoff process, the river water was affected by the evaporation concentration so that the heavy isotopes were slightly enriched. Under the influence of topographical, geological and hydrogeological conditions, the interaction between groundwater and surface water in the basin had obvious segmentation and mutual transformation. The river was recharged by both sides of groundwater in upstream region of Dashi River and Donggong River basin while river water supplied groundwater on both sides of it in downstream region of Dashi River.     

祁连山北坡稳定同位素生态水文学研究的初步进展与成果应用

2012年以来祁连山北坡稳定同位素生态水文学研究的初步进展包括：（1）云下蒸发和水汽再循环是降水稳定同位素演化的重要因子;（2）各水体稳定同位素年内变化指示了地表水和地下水的不同转化模态;（3）海拔2 000 m以上山区水汽再循环贡献了约24%的降水;（4）冰雪冻土带贡献了出山径流的80%左右。上述结果为祁连山国家公园范围区划和生态保护提供了科技支撑。     

白洋淀渗漏对周边地下水的影响

为查明受污染的白洋淀地表水渗漏范围,对周边地下水主要离子水化学的影响,并评价地下水是否适用于灌溉,在该区域现场测定了地表水及地下水pH、EC(Electric Conductivity)和ORP(Oxidation-Reduction Potential)等参数,采样分析各水体D、¹⁸O和主要离子组成,结合判别分析和钠吸附比R_SA(Sodium Adsorption Ratio)讨论。结果表明,淀水渗漏使浅层地下水电导率升高,氧化还原电位值降低,且更加富集重同位素;唐河污水库周边浅层地下水SO₄^2-和Na⁺含量明显增大。浅层地下水的δ¹⁸O值结合水位埋深有效地标记了淀水渗漏影响地下水的范围。浅层地下水主要受到白洋淀渗漏的影响,唐河污水库附近的浅层地下水受污水库渗漏影响。污染地表水渗漏使得浅层地下水水质普遍下降,白洋淀西部和唐河污水库周边浅层地下水不适宜用于灌溉。     

伊犁河支流大西沟河水与地下水转化关系研究

开展河流和地下水转换关系研究对于区域水资源合理开发利用具有重要意义。文章以大西沟河水与地下水转换关系为目标,在分析地下水动力场的基础上,通过水化学类型、溶解性总固体(TDS)、氯离子（Cl-）等水化学以及环境同位素18O、D、T等指标作为示踪剂,分析大西沟河和地下水的转换关系和转化强度。结果表明:研究区河流和地下水化学类型主要为HCO3—Ca,水化学类型空间分布特征相似;TDS和Cl-浓度表现为先增加后下降,但地下水的变化幅度大于河水。通过对大西沟河水和地下水中的水化学和环境同位素指标对比分析,发现研究区河流与地下水之间补给排泄关系具有明显的分段性;从河流出山口到下游地区,河水和地下水之间发生了三次转化关系:在山前倾斜砾质平原区以河水入渗补给地下水为主,补给量占该段潜水径流量的56%;到了细土平原区出现地下水补给河水地段,补给源为承压水越流补给潜水后的混合水体,潜水和承压水补给比例占该段河水径流量的20.4%与58.4%;风成沙漠区河水沿途渗漏补给地下水直至河流断流。本次研究结果为建立研究区水循环演化模式和水资源合理开发利用提供了理论和技术支持。     

同位素水化学指示的新疆孔雀河流域地下水与地表水关系

地下水是孔雀河流域农业灌溉的主要水源之一,其对本地区经济发展的支撑作用日益增强。为实现孔雀河流域水资源合理开发和生态保护,采用环境同位素和水化学方法,研究了孔雀河流域地下水与地表水关系。结果表明:地下水的主要补给来源为河水。含水层成因类型和现代河道分布共同控制着孔雀河流域地下咸淡水的空间分布格局;氢氧稳定同位素对不同水体的相互转化指示作用较强,但难以区别更新世与全新世的地下水;3 H和14 C放射性同位素组分对地下水循环演化及更新能力的指示作用较好,14 C年龄变化特征可以很好指示承压水的运移方向和速率;13 C可作为初步判断地下水类型或年龄的参考指示剂;大量渠系引水灌溉使得潜水接受地表水入渗补给能力增强,更新能力显著提高,但承压水目前的开采利用仍以消耗更新能力差的老水为主。当地应优化调整地下水开发格局,减少流域中游河套内农灌区承压水开采量,加大流域下游微咸水分布区潜水开采利用,降低潜水位,减轻土壤盐渍化,促进水土资源开发的良性循环。