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。     

基于同位素和水化学的地下水污染机理研究

为查明河南省新乡市浅层地下水的污染机理,通过现场调查并对地下水、地表水进行采样,测定其氢、氧稳定同位素及水化学成分,对水样的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律进行了分析。结果表明:降水是地下水的主要补给源。太行山区是剥蚀丘陵岗地地下水的主要补给区;中部冲洪积平原地下水受共产主义渠水的影响,二者同位素值较接近;受黄河灌溉回归水的影响,南部冲积平原地下水氢氧同位素值较接近黄河水,是大气降水和黄河水的混合水体。而研究区地下水污染除与地表污水侧渗、污染物通过包气带直接下渗有关,还与不合理开采地下水导致盐分和污染物的迁移有关。     

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。     

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。     

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。     

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。     

河套灌区典型区土壤水-地下水动态与转化关系研究

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。运用水量平衡法对地下水浅埋区农田土壤水与地下水的转化关系进行定量研究,结果表明：生育期内农田土壤水分变化属于“灌溉降水入渗补充-腾发消耗型”;受灌溉影响,不同时期地下水埋深动态具有显著的灌溉型特征,土壤水渗漏补给地下水明显抬升地下水位,地下水排水和潜水蒸发又降低地下水位;在作物生育期内,土壤水与地下水进行双向补给,且不同时期具有不同的转化特征;研究区2年生育期内灌溉降水补给土壤水分别为544.56mm和541.85mm,平均腾发量为465.5mm和434.8mm,土壤储水量减少61.96mm和63.1mm,土壤水补给地下水为207.73mm和236.94mm。研究可为当地及相近地区农业节水灌溉提供科学依据。     

煤矿排水影响下的水体水质特征及灌溉适宜性评价——以贵州织金县贯城河小流域为例

煤矿废水的直接排放影响下游农田灌溉的水体水质。以贵州省典型煤矿区织金县贯城河小流域为例,研究基于GIS的水质空间分布特征,并用EC、SAR、Na%和KI指数对地表水和地下水的农田灌溉适宜性进行评价。结果表明,受矿山开采的影响,地表水各物理化学参数变化范围较广,地下水中SO_4~(2-)含量范围变化较大;地表水和地下水中pH、EC、TDS、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)和HCO_3~-具有较一致的空间分布特点;大部分地表水处于较适合灌溉水平,与矿山排水有水力联系的上游地表水体灌溉适宜性较差,而地下水均适合用于灌溉。     

浅埋区地下水--土壤水资源动态过程及其调控

分析了冬小麦生长期地下水-地下水资源量动态过程和地下水、土壤水分变化特征.结果表明,在地下水浅埋区地下水对土壤水的补给为农田蒸散的重要的水分来源,现行的灌溉制度不考虑这一作用,过多的灌溉量不仅会消弱地下术对土壤水的补给,而且多余的土壤水分还会下渗补给地下水,造成水资源的无效损失和动力能源的损耗.为了提高作物水分利用效率,提出了相应的地下水-土壤水资源调控措施.     

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。     

土地利用方式对平原-丘陵-湿地交融区水资源的影响

近年来三江平原的平原-丘陵-湿地交融区土地利用方式变化显著,造成地下水水位下降、水资源紧缺等问题,然而揭示该区土地利用方式变化对水资源影响的报道较少,且难于精准描述地表、地下、湿地和绿水等水资源量时空变化。本文联合基于格子波尔兹曼法的分布式TOPMODEL和湿地水流运动模型构建平原-丘陵-湿地交融区水文模型,利用GIS和RS技术,结合地学信息图谱与空间自相关方法,分析了挠力河流域土地利用方式变化及其对水资源量影响。结果表明:根据耕地面积变化和动态度分布得1990—2013年间挠力河流域草地和林地面积变化不大,旱地面积轻微下降;挠力河流域中部与北部区域生产条件优越的未利用地和旱地转为水田;土地利用方式变化对水资源影响由强到弱的顺序为灌溉水田抽取地下水量、绿水储量、径流深、绿水流量、补给地下水量;水稻田不同生育期蒸发量不同,造成了挠力河流域5—6月期间绿水流量增加、绿水储量减少、径流深减少、补给地下水量增加和灌溉水田抽取地下水量增加等趋势,7—8月期间这一增加趋势逐渐减弱,8月后这一趋势结束;水田密集区域绿水流量大,绿水储量和径流深减少,而补给地下水量和灌溉水田抽取地下水量增加。     

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。     

浅埋区地下水——土壤水资源动态过程及其调控

分析了冬小麦生长期地下水－地下水资源量动态过程和地下水,土壤水分变化特征。结果表明,在地下水浅埋区地下水对土壤水的补给为农田蒸散的重要的水分来源,现行的灌溉制度不考虑这一作用,过多的灌溉量不仅会消弱地下水对土壤水的补给,而且多余的土壤水分还会下渗补给地下水,造成水资源的无效损失和动力能源的损耗。为了提高作物水分利用效率,提出了相应的地下水－土壤水资源调控措施。     

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。     

乌梁素海水体中叶绿素a时空变化特征分析

使用乌梁素海的水体理化指标监测数据,分析了乌梁素海叶绿素a的时空分异特征,并同时分析其与水质因子关系.研究表明:乌粱素海叶绿素a浓度具有明显的时空分布特征,叶绿素a含量全湖变化在8.38～27.50mg/m3,在空间分布上,北部区>南部区、西岸>东岸,由北部区到南部区逐渐减小;在时间上,夏季>秋季>春季,叶绿素a浓度变...     

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。     

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...     

稻田水体碳氮稳定同位素组成与时空变化研究

利用稳定同位素技术研究了稻田沟渠、池塘、湿地等水体的碳、氮稳定同位素组成特征与时空变化。结果表明,水中颗粒性有机物(Particulate organic matter,POM)δ13C值(稳定性碳同位素比值)在-31.5‰~-24.3‰之间变化,平均值为-27.7‰,可能主要来自于浮游植物和浮游动物的贡献。POM稳定性碳同位素比值存在明显的季节变化,呈现出春、夏季高于秋、冬季的趋势。浮游动物与POM稳定性碳同位素比值之间的时空变化存在一定的相关性,说明研究区内浮游动物对内源有机碳的利用可能主要来自POM。颗粒性有机物δ15N存在秋、冬季高于春、夏季的趋势,但空间差异不显著,其中湿地的变化幅度相对较大(3.2‰~6.3‰),δ15NPOM平均值为4.1‰,说明研究区固氮作用较小,外源物的污染程度较低。     

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。     

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。