环境同位素在地下水中的研究进展及应用
同位素示踪技术在环境科学中的应用研究
同位素示踪技术在环境科学中的应用研究环境科学是研究自然环境与人类活动相互作用的学科。
而同位素示踪技术作为一种先进的分析方法，在环境科学研究中发挥着重要的作用。
本文将从同位素示踪技术的原理、应用案例和发展前景等方面进行论述。
一、同位素示踪技术的原理同位素示踪技术是利用同位素的稳定性和不同元素的相对丰度差异来追踪物质在环境中的转化和迁移过程。
同位素是同一元素的不同质量的原子，其核外电子结构相同，但质量不同。
常用的同位素有氢、氧、碳、氮等。
同位素示踪技术主要通过测量样品中同位素的比例来确定物质的来源和迁移路径。
例如，通过测量水样中氢氧同位素的比值可以揭示地下水与地表水之间的关系；通过测量土壤中碳同位素的比值可以研究土壤有机质的来源和分解过程。
二、同位素示踪技术在环境科学中的应用案例1. 地下水补给来源研究地下水是人类生活和工业生产中重要的水资源，而地下水补给来源的研究对合理管理和保护地下水具有重要意义。
同位素示踪技术可以通过测定地下水中的氢氧同位素比值来确定地下水的补给来源。
例如，在城市区域，通过对地下水水体中同位素的分析，可以确定地下水来自自然降水还是人为排放的污水。
2. 污染源识别与监测环境污染对人类健康和生态系统造成严重威胁，因此污染源的准确识别与监测是环境科学研究的重要课题。
同位素示踪技术可以通过测定污染物中的同位素比值来确定其来源。
例如，利用同位素示踪技术可以确定水源中铅的来源是否为工业废水，从而采取相应的措施进行净化。
3. 生物地球化学循环研究生物地球化学循环是指在生物体和地球环境之间物质和能量的交换过程。
同位素示踪技术可以揭示生物地球化学循环的关键环节，并为生态系统的可持续发展提供理论依据。
例如，通过测量土壤中氮同位素的比值可以研究土壤中氮的转化和迁移过程，从而优化农业种植结构，减少氮肥的使用量。
三、同位素示踪技术的发展前景同位素示踪技术在环境科学研究中的应用越来越广泛，其发展前景非常可观。
同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究
同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究地下水作为重要的水资源之一，被广泛应用于供水和灌溉等领域。
然而，由于人类活动和自然原因，地下水污染问题日益严重，给人们的生态环境和健康带来了严重威胁。
因此，地下水污染溯源研究具有重要的科学和应用价值。
其中，同位素示踪方法作为一种有效的技术手段，被广泛应用于地下水污染溯源的研究中。
同位素示踪法是利用元素同位素的特点来追踪和确定地下水中各种污染物的来源和流动路径。
同位素指的是同一个元素的原子个数相同但质量不同的不同原子，例如氢同位素有氢-1、氢-2、氢-3等等。
不同的同位素的比例在不同的物质来源中也不相同，这就成为追踪物质来源的一种指示。
首先，同位素示踪法可以通过分析地下水中污染物的同位素组成，确认污染物的来源。
不同地质环境中地下水的同位素特征有所差异，各种污染源也具有不同的同位素组成。
通过对地下水样品中的同位素进行测定分析，可以确定污染物来自哪个或哪些污染源。
例如，氮同位素在化肥和污水中的同位素组成有所不同，可以通过测定地下水中氮同位素组成的差异来追踪和识别化肥和污水对地下水的污染。
其次，同位素示踪法可以揭示地下水中污染物的迁移和转化过程。
污染物在地下水中的迁移过程中，会发生一系列的生物、物理和化学反应，导致同位素组成的变化。
通过对地下水样品中不同位置及不同时间的同位素进行测定，可以揭示污染物在地下水中的迁移路径和转化过程。
例如，硝酸盐是地下水中常见的污染物之一，硝酸盐在地下水中的转化过程中，氮同位素的比例会发生变化，通过测定地下水中硝酸盐氮同位素比例的变化，可以推断硝酸盐的转化过程和迁移路径。
此外，同位素示踪法还可以评估地下水的补给来源和补给速率。
地下水的补给来源和补给速率对地下水的质量和数量具有重要影响。
通过测定地下水中同位素的组成和比例，配合水文地质调查资料，可以评估地下水的补给来源和补给速率。
例如，氢氧同位素在降水中的比例与地下水中的比例具有明显的相关性，通过测定地下水中氢氧同位素的组成和比例，可以揭示地下水的补给来源和补给速率。
同位素在地下水研究中的应用
同位素在地下水研究中的应用
近年来，随着环境污染的加剧、气候变化的加剧，地下水的质量变得越来越重要，因此，同位素技术在地下水的研究中发挥了至关重要的作用。
同位素技术对地下水中多元有机污染物的研究具有重要意义，有助于更好地了解污染物的来源，捕获重要信息，提供更好的管理建议，从而减少污染物对环境的影响。
同位素技术可以提供关键信息，用于污染物在环境中的迁移研究。
通过分析地下水中的同位素比率，可以确定污染物来源的地理位置，并了解它们在不同地区之间如何迁移。
此外，还可以使用同位素组成的数据来准确地预测某种污染物的迁移路径，为环境监测和管理提供基础。
同位素技术还可以用于预测和跟踪污染物从表层水迁移到地下
水的过程。
测定的氯，氟，氢同位素的比率可以提供有关自然迁移机制的信息，可以确定污染物的迁移时间，从而更好地了解污染物的生态影响和环境潜在潜能。
此外，由于同位素技术可以提供可追溯的信息，可以用来确定污染物的释放源。
同位素在地下水中的比率可以反映污染物的来源和变化，从而有助于确定污染物的形成来源和污染源。
除了用于研究和识别污染物外，同位素技术还可以用于环境教育。
可以采用同位素技术在环境教育中开展研究，让学生了解不同类型的污染物是如何影响地下水的，特别是水体中污染物同位素组成的变化，如何反映污染物的迁移过程，以及如何减少污染物对水体的污染。
总之，同位素技术在地下水研究中的应用越来越重要，它具有跟踪和监测污染物的潜在源、研究多元有机污染物的迁移、环境教育等多项功能，并且可以提供更精确的研究结果。
因此，开展同位素技术研究是解决地下水污染问题的重要技术手段，将会取得良好的治理效果。
环境同位素技术在地下水研究中的应用
亚、 国等发达 国家 以及一些发展中国家获取许 多地 德 下水信息不可缺少的手段¨ 。由于地下水具有流动缓 ｊ
慢且 埋藏深 度 不 同等 特 点 ， 境 同位 素 技 术 已成 为研 环 究 １地下水 、 决 地 下 水 资 源 与 环境 问 题 的 独 特甚 至 解 是不 可替代 的手 段 ， 有 助 于 从 微 观 和 宏 观 上 阐 明 地 它 下水 运动机 理 。在组 织 同位 素水 文 学研 究 及研 究 成 果 的推广上 ， 国际 原 子 能机 构 和 联 合 国科 教 文 组 织 发 挥 了非常积 极 的 作用 。 目前 ， 们 已发 动 起 联 合 同 位 素 它
ｔ ｔｄｉｇ ｏ ｔ ｌ ｉ ｔｐｓａｄｒｄ ｉ ｔ ｅ ｓａｙｕｅ ｔ ｏ ｅａｄａｒａ ，ｈｉｓｅｉｃａｐｉ ｔ ｎ ｅ ｓ ｙｎ．Ｆ ｒ ａ ｅ ｓ ｏｅ ｎ ａｉｓ ｏ ｓｕｕｌ， ｓｄａ ｈｍ ｎ ｂｏｄ ｔｅ ｐｃ ｐｌａｉ ｓ ｒ ｕ ｓｂ ｏ ｏ ｏｐ ｌ ｒ ｉ ｆ ｃ ｏ
１ 概 述
核技术 是 ２ ０世 纪人类 取得 的重 大科学 成 就 之一 。
时就 有专 家 开 始 分 析 研 究 西 藏 珠 穆 拉 玛 峰 冰 雪 中 Ｄ 与 ０ 的关 系 。１８ ９３年 ， 国启 动 了 中 国大 气 降 水 同 我
位素 监测研 究课题 ， 同学 者在 北 京 、 海 及我 国东 部 不 上
ｉｄ ｃ ｔ ｓｓ ｍｅ ｍａ ｎ ｑ ｅ ｔ ｎ ｆｔ ｅｇ ｎ ｒ ｌ ｐ ｌ ａｉｎ ｆ ｈ ｎ ｉ ｎ ｎ ａ ｏｏ ｅ ｔｄ ｆ ｏ ｎ ｗ ｔｒｉ ｎ ｉａｅ ｏ ｉ ｕ ｓｉ ｓｏ ｅ ｅ ａ ｐ ｉ ｔ ｓｏ ｅ ｅ ｖｒ ｍｅ ｔｌｉ ｔｐ ｓｉ ｓｕ ｙ ｏ ｕ ｄ ａｅ ｏ ｈ ａ ｃ ｏ ｔ ｏ ｓ ｎ ｒ ｇ ｎ
环境同位素在地下水补给分析中的应用
特征 值 变 幅 较 小 ， 占 Ｄ为 …１ ２ ７
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水 系统 科 学合 理 开 采地 下水 打 下基 础 。 ［ 关 键 词］ 环境 同位 素 ； 群 孔 抽 水 试验 ； 地 下 水 系统 ； 氚；
［ 中 图分 类号 ］ Ｐ ６ ４ １ ． １ ２
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［ 文 章编 号 ］ １ ０ ０ ４ －１ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ －０ ０ ２ ８ －０ ３
２ ０世 纪 ５ Ｏ年 代开 始 ， 同 位素 技 术应 用 于 解决 各 种 水 文 学 和 水 文地 质 学 问题 ¨ 】 ］ 。环 境 同 位 素 主 要 是 指 天 然 形 成 的
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一
在实 际 研究 中氚 （ Ｔ） 是常见 的测 年同位素 ， 大 气 降 水 （ 雪） 氚值 为 ７ ． ６ ２ ～１ １ ． ８ ６ ， 河 水 氚值 为 ６ ． ７ ４ ～１ ３ ． １ ９ ， 地 下 水氚值为 ３ ～１ Ｉ ． １ ０ ， 变 幅 较 大 。根 据 活 塞 流 模 型 （ Ｐ Ｆ Ｍ） ］ 计算 ， 天然 情 况 下灰 岩 地 下 水 年 龄 为 １ ０ ～１ ５年 ， 其 它 第 四 系钻 孔 、 泉水 及 群 孔 抽 水 混 合 水 样 地 下 水 （ 埋深 小于 ８ ０ ｍ） 年龄 普 遍 小 于 ３ ～５年 ， 群 孔抽 水 混 合 水样 （ ＴＦ ０ １ ） 年龄为 ２
同位素在地下水研究中的应用
同位素在地下水研究中的应用地下水是全球水资源中重要的一部分，为人类提供着地表水资源不可替代的水源，如果地下水被污染，会受到更广泛的影响。
为了准确掌握地下水的状况，研究者们不仅要研究它的流动特性，还要研究它的水体特性，针对这两个方面的研究，同位素在地下水研究中的应用是非常重要的。
首先，同位素可以用来评估地下水的受到污染的程度。
以碘作为指示来说，当它受到污染时，碘-129同位素的含量会明显升高，通过测量碘-129同位素的含量，可以通过同位素技术加以判断，是否受到了外来污染的影响。
此外，同位素还可以用于研究地下水的流动特性，这非常重要，因为地下水的流动对其它物质的迁移和分布有着重要的影响。
研究人员可以利用地下水中的氦-3（3He）同位素来衡量地下水的流动状况，因为3He具有很高的输移指数，一旦被地下水所吸收，它就会在不断地被水体输移，所以研究人员可以利用这种不断的输移来评估地下水的流动特性。
此外，同位素技术还可以用于地下水质量研究，通过测量地下水中不同同位素的含量，可以得出大量有关地下水质量的信息，包括pH值、钙离子含量以及氧离子浓度等。
此外，同位素技术还可以用于研究就地取水的主要来源，例如地表水和地下水。
最后，同位素技术对于研究地下水的迁移趋势也是非常有用的。
地下水的流动会连接起不同的水系，同位素技术可以用来跟踪水体的来源和流动，从而确定地下水的迁移趋势，从而帮助研究者们更好地掌握地下水的变化情况。
从以上可以看出，同位素在地下水研究中具有重要的意义，它可以用来研究地下水的流动特性、污染状况以及水质特性，这不仅有助于更好地掌握地下水的状态，还有助于更好地利用和保护地下水资源，从而为人类提供更充足的水资源。
综上所述，同位素在地下水研究中表现出了非常重要的作用，但在利用同位素技术进行地下水研究时，也有一些问题需要面对。
首先，某些同位素测量需要复杂的仪器设备，这些设备往往很昂贵，因此只有少数有条件的研究机构才能够购置。
同位素示踪技术在地下水循环研究中的应用
同位素示踪技术在地下水循环研究中的应用地下水是地球上最重要的淡水资源之一，它不仅供给我们日常生活用水，还支持着农业灌溉、工业生产和生态系统的健康。
然而，随着人类活动的不断增加，地下水的循环和质量受到了严重的威胁。
为了更好地了解地下水的循环路径和污染源，科学家们使用了同位素示踪技术。
同位素示踪技术是一种利用同位素在自然界中的分布和迁移来研究地下水循环的方法。
同位素是元素的变种，它们具有相同的原子序数但不同的质量数，因此具有不同的化学特征。
地下水中不同同位素的比例会受到水文地质过程的影响，从而可以通过测量同位素的比值来研究地下水的起源、循环路径和污染程度。
一种常用的同位素示踪技术是氢氧同位素示踪法。
地下水中的水分子由氢原子和氧原子组成。
它们分别有两种主要同位素，即氢的同位素氘和氧的同位素氧-18。
这些同位素的比值受到降水和蒸发的影响，因此可以通过分析地下水中的同位素比值来推断地下水的循环路径和补给来源。
例如，在河流和湖泊水域附近的地下水中，氢氧同位素比例与大气降水相似，而在深层地下水中，氢氧同位素比例则具有更高的稳定性。
另一种常用的同位素示踪技术是碳同位素示踪法。
地下水中的溶解性有机物和无机碳酸盐中含有碳元素，它们可以用来推断地下水的补给来源和循环路径。
地下水中的有机碳和无机碳酸盐通常会受到土壤和岩石中的有机物和无机碳酸盐的影响，而这些有机物和无机碳酸盐的来源可以通过分析碳同位素比值来确定。
例如，某些地下水中含有较高的放射性碳同位素比值，可能表明地下水受到了人为活动的影响，如核电站的废水排放。
同位素示踪技术在地下水循环研究中的应用非常广泛。
首先，它可以帮助我们了解地下水的起源和补给来源。
通过测量地下水中不同同位素的比值，我们可以推断地下水是来自降水、河流、湖泊还是地下水补给。
这对于地下水的管理和保护至关重要，可以帮助我们更好地规划合理的水资源利用和保护策略。
其次，同位素示踪技术可以帮助我们研究地下水的循环路径。
同位素和同位素示踪技术应用案例研究
同位素和同位素示踪技术应用案例研究同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的原子，它们在化学性质上是相同的，但物理性质有所差异。
同位素示踪技术是通过标记不同同位素来追踪物质在化学过程中的转化和迁移，广泛应用于地球科学、环境科学、生物医学等领域。
本文将通过几个具体的应用案例，介绍同位素和同位素示踪技术的研究进展和应用前景。
案例一：地下水循环研究地下水循环是地球水循环中重要的组成部分，也是水资源管理和环境保护的关键。
同位素示踪技术通过测量地下水中氢同位素（δD）和氧同位素（δ18O）的比值，可以揭示地下水的来源、补给方式和流动路径。
例如，研究人员通过对不同地区地下水中同位素的测量，发现近岸区域的地下水主要来自海水入侵，而内陆地区的地下水主要来自降水补给。
这为地下水资源的合理开发和管理提供了重要依据。
案例二：环境污染追踪环境污染是全球性的问题，需要精确追踪和评估。
同位素示踪技术可以用于追踪污染源、评估污染物的迁移和降解过程。
例如，在土壤中加入含有标记同位素的有机污染物，通过监测同位素的分布和含量变化，可以确定有机污染物在土壤中的分布范围和迁移速率。
这有助于科学家们理解环境污染的传播途径，制定针对性的环境保护策略。
案例三：食物链研究同位素示踪技术在生态学中有着广泛的应用，特别是在食物链研究中。
不同物种的同位素组成存在差异，通过测量生物体中同位素的比例，可以揭示食物链的结构和能量流动。
例如，在海洋生态系统中，研究人员通过测量鱼类体内的碳同位素（δ13C）和氮同位素（δ15N）比值，可以判断它们的食物来源和营养级别。
这对于生态系统的保护和渔业资源的管理具有重要意义。
案例四：放射性同位素医学应用同位素示踪技术在医学领域有着广泛的应用，尤其是放射性同位素的医学应用。
例如，放射性同位素碘-131在甲状腺疾病的治疗中起到了重要作用。
碘-131被甲状腺摄取后，通过放射性衰变释放出的辐射破坏甲状腺组织，达到治疗的目的。
这种同位素示踪技术在治疗癌症和其他疾病中也有广泛应用。
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环境同位素在地下水中的研究进展及应用王永森河海大学水资源环境学院，南京（210098）E-mail ：wangyongsen@摘 要：本文介绍了环境同位素在地下水研究的一些研究和应用以及发展动态，阐述了其在地下水中应用的一些问题和前景。
地下水来源于大气降水，同位素分馏效应导致了不同水体具有不同的同位素含量，大气降水中的同位素组成影响着地下水的同位素比值，环境同位素可以有效进行地下水年龄的测定，估计地下水的补给源、以及定量估计不同水源对地下水的补给量。
关键词：环境同位素；地下水；地下水示踪；同位素测年1. 引言大气过程改变了水的稳定同位素的组成，在特定的环境下，补给水就会产生一个特征性的同位素信息，根据这个信号可以示踪地下水的起源，放射性同位素的衰减提供了地下水滞留时间的测量，特别是1951－1962年期间的一系列核试验提供了放射性同位素的输入信号，同时根据同位素的差异指示地下水的来源、补给过程、地球化学演化、及地下水水质以及污染过程。
科学家已经逐渐认识导他们在生物化学循环和土壤水大气过程研究的重要性。
2. 环境同位素的概念、原理自然界中，环境同位素又分为稳定同位素和放射性同位素，由于同为素间地物理化学性质不同，引起同位素地变化，又称为同位素分馏。
用稳定同位素研究地下水，主要利用的同位素之间的微小差异，一般我们同位素比值或δ值来表示，δ值定义为一种物质相对于标准参照物的同位素比率，如下式1R R δ=−样品标准 × 103 （‰） （1）R 表示重同位素相对于轻同位素的比值，一个正的δ值表示样品的同位素比值高于标准样品的，负值表示样品的同位素比率低于标准样品。
放射性同位测地下水年龄是根据放射性同位素的衰变速率来测量的，不同于稳定同位素，氚浓度用绝对浓度氚单位（TU ）表示，不需要参照标准, 14C 含量通常用样品的放射比度表示,即每克碳的放射性活度(Bq/gC)。
实际中常使用相对浓度单位(A)表示,即现代碳百分含量(pmc 或%mod)。
放射性同位素，诸如36Cl ，129I,39Ar 以及铀系列都可以用来测地下水年龄。
下式是测龄原理：A t = A 0e −λtA 0为母核的初始放射性活度，A t 为经过t 时间后的放射性，λ为衰变常数，时间可以表示为T = (1/λ)ln(A/A 0)，通常放射性同位素的的不稳定性用半衰期来表示，T 1/2 =(−1/λ)ln(1/2) 则，1/21/2ln 20.693T T λ==，14C 半衰期为5730年，氚的半衰期为12.43年，他们都可以测量地下水年龄，有时两个结合起来会更能解释地下水的动态。
稳定同位素可以用来测年的校正像13C ，放射性同位素也产生分馏，为了维持测年的普遍性，14C 的放射性必须用-25‰δ13C 归一化。
才具有可比性。
水里的稳定同位素18O 和2H 受气象过程的影响，提供了起源的标志，为地下水来源调查提供了基础。
Harmon Craig [1] 发表了它的发现，即全球淡水中18O 和2H 是相关的，于1961年定义了全球地表淡水的18O 和2H 的关系：δ2H ＝8 +10‰ SMOW ，Craig 大气降水线仅适用于全球范围内，事实上许多局部或区域大气降水线的平均值不同，Craig 的最主要发现是：同位素亏损的水于较冷的地区有关，而同位素富集的水一般在温暖的地区。
3. 降水中的环境同位素变化的研究用18O 和2H 来追踪地下水的补给，必须要提供一个特征输入信息，降水中的浓度随温度的变化而变化，温度控制着降水中的同位素的分馏，可以作为追踪地下水的的可变的输入函数。
1964年Dansgaard [2]建立了全球平均降水δ18O 和表面空气温度之间的线性关系 18O =0.695 T annual – 13.6‰ SMOW 和 2H = 5.6 T annual – 100‰ SMOW ，然而全球T-δ18O 关系指示一个近似,区域范围内它们并不成线性关系。
Rozanski [3]等收集了过去30年由国际原子能所观测的大范围资料,进行了精确计算。
地下水的同位素组成受大气降水的影响,大气降水与区域所处的位置有很大关系,靠近海洋的和远离海洋的降雨同位素组成有很大区别,有大气循环可知,陆地的降水基本上都是有海洋蒸发形成的水蒸汽，水蒸气在向大陆移动中，重同位素先降落下来，轻同位素随着移动的距离会越来越富集，沿海地区降水重同位素富集，这一点对分析地下水的起源很重要。
大陆度通常用conrad 指数来表示，大陆度使得全球关系 18O = 0.695 T annual – 13.6‰有很大偏差，Fritz [4]发现加拿大内陆气象太展得T-δ18O 关系有相当大得变化，西海岸（Victoria ）： 18O= 0.18 T 年均 –11.2‰，加拿大内陆西部： 18O = 0.49T 年均 – 17.3‰加拿大东部 18O = 0.43T 年均 – 13.6‰。
大部分关于地下水补给的研究主要依赖降水同位素组成得区域变化。
由于地形变化、季节变化等所引起得T-δ18O 的变化，这些特征可以被地下水所保留，进而能观测地下水的补给。
1979年Bortolami [5]给出了意大利阿尔卑斯上近海山麓流域的资料,观测到了海拔与 18O 的关系。
Rozanski [3]给出了许多台站的不同季节的T- 18O 关系。
这种大气降水的同位素效应为确定含水层的补给区以及补给高度提供了依据，如果已知地下水是由大气降水补给的则可以根据公式，S PH hK δδ−=+ （2）式中，H 表示取样点的补给高度，h 表示取样点的高度，δ表示 18O 或 2H 的值，K 为高度梯度。
4. 应用同位素测地下水补给的研究补给过程中大气18O 和2H 的信号传递给地下水，土壤和植被的类型、非饱和流穿过均匀多孔介质、补给的季节变化、气候的多样性使得地表水渗透到地下水中变得非常复杂，同时降雨的同位素变化也大大削弱，考虑到水文地球化学的作用，地下水的同位素组分变化比较大。
陈宗宇等[6]利用18O 和2H 稳定同位素识别了黑河流域地下水的补给来源，成功的估算了黑河水与地下水的转化数量，研究表明黑河流域地下水的主要补给来自山区出山河流,山前戈壁带是地下水快速补给区,中下游盆地地下水补给来源为引河灌溉和河流侧渗。
4.1温带气候下的地下水研究温带条件下，渗透到潜水面的降水一般不超过5％-25％，其余的以径流、土壤蒸发、和植物的蒸腾作用而流失。
径流对地下水中的同位素组成影响比较小，Zimmermann [7]指出蒸腾一个非分馏过程，对地下水的同位素组分不会有影响。
蒸发使地下水的同位素含量出现系统富集。
春季径流期间温度弟，植物不活跃，补给速率一般最大，土壤达到饱和，夏季，大部分降水蒸发返回大气，地下水补给少。
秋天由于光合作用停止，补给速率又会增大。
地下水的同位素组成使年降水量的加权平均。
降水到潜水面上时，季节变化已经被大大削弱，在承压区基本上已经不存在季节变化。
Velderman [8]对砂质覆盖层，以及海成黏土形成的自流含水层的地下水展开监测，在承压区，不存在季节变化。
4.2干旱条件下的地下水研究干旱地区同位素与当地的降雨相比有很大变化，由于存在强烈蒸发，会产生高分馏过程。
在Sultanate 地区，人们发现恶劣冲积地下水补给过程中的蒸发现象[9],开放表面的蒸发导致残余水中的非平衡富集,当18O 和2H 穿过水表面上湿度为100%边界薄层时[10],气体的扩散速度不相同，开放的水体表面边界层只有几微米厚，在不饱和带，这一层很厚，增大了动力蒸发效应。
Dincer [11]等也给出了沙特阿拉伯沙丘0.9-6米深之间土壤水分的强烈蒸发，18O 和2H 的关系斜率大约为2，比开放的水体表面的蒸发还低，说明强烈的动力作用。
土壤的强烈蒸发效应，有不少科学家对此做了一些试验和一些理论推导Allison ［12］做了柱体试验解释了这种强烈的蒸发效应，干燥面上的最大富集产生恶劣沿着土壤柱浓度梯度，通过饱和扩散向下迁移，这样会得到一个特征性的指数剖面。
在1984年对直接渗透条件下的补给地下水组成做了进一步的阐述，表明这种同位素组成常位于大气降水线之下但与之平行，如果补给条件一直保持相对不变，地下水就应当沿着平行于当地降水线，于其有一定的位移，地下水于大气线之间的位移提供了粗略估计地下水补给的方法，，补给速率高，蒸发富集小，补给速率的，地下水于大气降水线位移大，Allison1983给出穿过厚砂土层补给的经验关系式：2H ＝陈建生[14]等用同位素方法研究了额济纳盆地承压含水层地下水的补给。
2005张应华[14]等年在西北干旱区内陆河流域盆地, 运用地下水和地表水中稳定同位素δ18O 值存在明显差异的特点，运用氧稳定同位素研究了黑河中游盆地地下水与河水转化。
定量分析了黑河中游盆地黑河地下水与地表水转化的转化量。
4.3环境同位素研究地下水混合不同的区域范围都会发生地下水之间的混合，截然不同的两种地下水之间的混合的定量研究，利用18O 和2H 及简单的线性代数， sample = · A + (1– ) B 。
这种混合关系不表示混合发生的区域，是一种定量分析，Douglas [13]对加拿大地遁北部结晶环境下地下水三分量系统进行了定量分析，通过一定采样点在过去一段时间盐分的减少，证明了高盐分海水与现代大气降水的混合。
Rank [16]等测量了喀斯特系统地下水的混合，测量了当地降水和两个喀斯特泉排除的水18O 的含量，根据扩散模型，利用地下水的氚含量得到裂隙和基质空隙的平均循环时间为4.5年和2.5年。
在流域的预算中很重要的就是估算实际降雨补给地下水的比例，有多少降雨转化为地下水，这就涉及到水源的划分以及流量过程线的分割问题，主要理是流域地下水和给定得暴雨同位素的差异，水量平衡方程为：Q t = Q gw +，Q t · t =· gw + Q r · rt r gw t gw r Q Q δδδδ−=−（3）Q t 为总的河道流量，Q gw 表示降雨前地下水的流量，Q r 为降雨径流量，Hinton [17] 等总结了径流机理并指出，简单的二分模型具有局限性，推导了三分模型，用18O 和SiO 2作互补指示剂，根据同样的原理，三水源模型为：其中Q s 为土壤水。
Q t = Q r + Q s + Q gw（4）Buttle [18]在北美、欧洲、澳大利亚西部和新西兰地区开展野外试验，统计总结了降雨前地下水对径流的贡献。
5. 环境同位素在地下水测年中的应用研究很多同位素方法都可以用来估计平均滞留时间，稳定同位素的季节变化提供了一个测定年龄的方法，具有半衰期长的放射性同位素（14C 、36Cl 、39Ar 、81Kr ）都可以用来测量地下水的年龄，寿命较短的同位素（3H 、32Si 、37Ar 、85Kr 、220Rn ）可以用来测定现代水。