【摘要】
正確理解地下水循環(huán)模式及其可更新能力對地下水資源的評估、合理開發(fā)和利用至關(guān)重要。在干旱或半干旱地區(qū)地下水補給量少且變異性高，因此難以估算。同位素研究和混合模型相結(jié)合可以直接估計含水層的可更新性。本文利用環(huán)境同位素方法研究了中國西北半干旱地區(qū)—銀川盆地的潛水循環(huán)模式以及更新能力，主要研究了不同水體的同位素特征，潛水同位素年齡，水循環(huán)模式以及更新速率。結(jié)果表明，銀川盆地主要有兩個補給源，即局部大氣降水（占13%）和黃河（占87%）。銀川盆地潛水的平均滯留時間是48年，平均更新速率是3.38%/a。潛水具有較強的更新能力，更新速率與同位素年齡一致。
【研究區(qū)域】
位于中國西北地區(qū)的銀川平原。
圖1?銀川盆地位置圖
【樣品收集和測量】
收集了來自全球大氣降水監(jiān)測數(shù)據(jù)和國際原子能機構(gòu)的30組降水數(shù)據(jù)，并收集了11個黃河水樣品，47個潛水樣品。利用LGR的液態(tài)水同位素分析儀測量所有水體的δ18O，δD和δT以分析其同位素特征。
【結(jié)果：地下水補給來源的確定】
根據(jù)1988到2000的降水觀測，地區(qū)大氣降水線（LMWL）為δD = 7.22δ18O + 5.50（圖2）。降水δD和δ18O加權(quán)平均值分別為-45.59‰和-6.93‰。δ18O變異性范圍為-19.97‰~3.86‰，δD變異性范圍為-147.70‰~5.10‰。LMWL的斜率為7.22，略低于全球平均值8（δD = 8δ18O + 10，全球大氣降水線【GMWL】）。銀川盆地屬于半干旱區(qū)，降水少且密集，降落到地球表面前經(jīng)歷了一定程度的蒸發(fā)。黃河水的線性相關(guān)方程為δD = 3.73δ18O -36.70（圖3）。黃河蒸發(fā)線（紅色虛線）明顯偏離GMWL和LMWL，其斜率遠小于GMWL（8）和LMWL（7.22）。潛水δ18O范圍為-11.43‰~-8.19‰，δD范圍為-88.89‰~-61.51‰，樣品點位于LWML以下（圖4）。潛水的線性相關(guān)方程為δD = 3.88δ18O -38.76，斜率位于LMWL和黃河水之間，表明潛水主要由黃河水和當?shù)亟邓a給。潛水蒸發(fā)線幾乎平行于黃河水；因此，可以推斷最主要的補給來源是黃河水。同時也發(fā)現(xiàn)淺層地下水和黃河的平均值是相似的（D為-70.48‰和-72.45‰，18O為-9.42‰和-9.56‰）。表明黃河對淺層地下水補給的貢獻更大。兩端混合模型計算發(fā)現(xiàn)黃河和降水補給分別占總補給量的87%和13%。
圖2?地區(qū)大氣降水線
圖3?黃河水樣品δD和δ18O關(guān)系分布圖
圖4?淺層地下水樣品δD和δ18O關(guān)系分布圖
【結(jié)果：地下水滯留時間】
根據(jù)大氣降水的輸入濃度Cin（t-t'）和一系列平均滯留時間（tt），獲得不同tt條件下3H輸出濃度Cout（t）（圖5）。然后，找到與測得的樣品3H值相對應的擬合點。本文利用3H的平均值擬合了銀川盆地潛水的平均滯留時間。潛水3H的平均值為15.19 TU（紅線），所以最佳擬合點為tt=48a。
圖5?3H輸出濃度曲線?
?圖6?更新速率和3H濃度關(guān)系曲線
【結(jié)果：地下水更新速率】
銀川盆地潛水更新速率范圍為0.1~50%/a，平均值為3.38%/a。不同地區(qū)的潛水受到不同外部地理環(huán)境的影響，所以他們的更新能力也是不同的。模型結(jié)果表明潛水具有強烈的更新能力，且更新速率分布與同位素年齡基本一致。
【結(jié)論】
本文研究了三個水體的同位素特征，以定量估計其水循環(huán)模式并確定其可更新性。基于以上討論，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）銀川盆地潛水由降水和黃河水補給，分別占13%和87%。黃河水是銀川盆地地下水的主要補給源；（2）潛水樣品的同位素年齡超過50a，占總樣品的42%。平均滯留時間（tt）為48年，意味著所有的潛水全部更新需要花費48年。（3）潛水的平均更新速率為3.38%/a，變異性范圍為0.1~50%/a，表明潛水有較強的更新能力。更新速率分布與同位素年齡基本一致。然而，由于數(shù)據(jù)缺乏，本研究尚未涉及深層地下水，因為淺層地下水與深層地下水之間存在緊密的水力聯(lián)系。因此，我們鼓勵其他的研究者在未來可以進一步的研究深層地下水的更新能力。
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