地下水资源可更新性的环境同位素研究

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同位素技术在水文水资源领域的应用

同位素技术在水文水资源领域的应用摘要：同位素技术已广泛应用于环境科学研究领域。

放射性同位素定年技术在环境污染历史与稳定性同位素示踪有着成熟的理论研究，利用稳定同位素分析污染源的实践取得重大进展。

关键词：同位素技术；水文水资源领域；应用前言同位素技术出现于20世纪40～50年代，随着逐渐发展成熟成为了一种有效的失踪手段。

稳定同位素的研究最早是应用于地质、物理学科等领域，随着技术的不断革新和发展，慢慢地向水文学和植物学等方面渗透，并且得到了较好的应用。

1水资源问题分析众所周知，地下水资源是干旱、半干旱地区工业、农业和生活用水的重要来源。

例如在西班牙，地下水提供了全国总用水量的1／5，并灌溉了全国1／3以上的农田。

我国首都北京市同样处于温带半干旱半湿润地带，水资源天然禀赋不足，全市2／3以上的供水量来自地下水资源。

自20世纪70年代以来，北京因地表水的减少和地下水开采量增加，地下水逐年亏损。

超量开采地下水造成水位下降，形成水位降落漏斗，产生地面沉降、水质污染等问题?。

为缓解紧张的用水形势，保障城市供水，很多地区利用再生水进行农田灌溉。

但目前多数城市工业废水和城市生活污水排放量大幅增加，污水处理设施能力明显不足，再生水灌溉严重威胁到地下水水质安全。

在沿海地区，地下水超采还会引发海水入侵，导致地下水咸化、地下水水质退化等问题。

面临日益严峻的地下水资源短缺及地下水水质恶化等问题，人们迫切的需要在地下水水质状况、污染状况、污染物来源、迁移及归趋、水资源管理等等方面展开深入细致的研究。

水文地球化学特征与同位素特征分析相结合的研究方法，已成为广大研究者用于研究地下水资源管理及污染物来源及迁移转化的重要手段。

2同位素技术的应用原理与分析方法2.1放射性同位素定年原理放射性同位素技术在环境定年中主要是利用其衰减规律。

按照放射性衰变的定律，母体衰减，子体积累，不断记录下时间参数，此即放射性同位素年龄测定的基本原理。

依据此原理，可以给出放射性同位素测年的基本公式：At=A0×e－λt。

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。

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
ｔｔｄｉｇｏｔｌｉｔｐｓａｄｒｄｉｔｅｓａｙｕｅｔｏｅａｄａｒａ，ｈｉｓｅｉｃａｐｉｔｎｅｓｙｎ．Ｆｒａｅｓｏｅｎａｉｓｏｓｕｕｌ，ｓｄａｈｍｎｂｏｄｔｅｐｃｐｌａｉｓｒｕｓｂｏｏｏｐｌｒｉｆｃｏ
１概述
核技术是２０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。１８９３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
ｉｄｃｔｓｓｍｅｍａｎｑｅｔｎｆｔｅｇｎｒｌｐｌａｉｎｆｈｎｉｎｎａｏｏｅｔｄｆｏｎｗｔｒｉｎｉａｅｏｉｕｓｉｓｏｅｅａｐｉｔｓｏｅｅｖｒｍｅｔｌｉｔｐｓｉｓｕｙｏｕｄａｅｏｈａｃｏｔｏｓｎｒｇｎ

环境同位素在地下水补给分析中的应用

为５６～一１５１ ‰，８。Ｏ为１５．４～一６．８ ‰；河水的８Ｄ、Ｏ
特征值变幅较小，占Ｄ为 …１２７
一
１２３％ｏ，艿埔０为一１６．６～

１６．１ ‰；地下水的占Ｄ、８ ” ０特征值（ＣＫ１３异常除外）基本
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］Ｐ６４１．１２
［文献标识码］Ｂ
［文章编号］１００４－１１８４（２０１３）０３－００２８－０３
２０世纪５Ｏ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
存在于自然环境中的同位素，它能有效的示踪地下水循环，确定地下水的补给来源、径流途径及地下水年龄，从而为认识水的形成、运动及其成分变化机制提供重要的依据，为合理利用宝贵的水资源奠定基础瞳］。
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７．６２～１１．８６，河水氚值为６．７４～１３．１９，地下水氚值为３～１Ｉ．１０，变幅较大。根据活塞流模型（ＰＦＭ）］计算，天然情况下灰岩地下水年龄为１０～１５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８０ｍ）年龄普遍小于３～５年，群孔抽水混合水样（ＴＦ０１）年龄为２

基于环境同位素法对衡水湖区域地下水循环演化特征研究

基于环境同位素法对衡水湖区域地下水循环演化特征研究王凤元;徐素娟;谭俊;马利涛【摘要】衡水湖位于河北省冀枣衡漏斗区西部.为客观认识该地区地下水的循环模式及人类开发利用对地下水循环的影响,根据环境同位素标记性和计时性特点对其进行分析研究, 利用D、18O、T环境同位素方法对冀州市衡水湖一带第四系地下水的循环模式进行研究,初步判定该区域地下水补给运移及地下水的循环演化特征.研究结果表明:该区域地下水划分为两种地下水类型,第Ⅰ含水组为 "新水",主要接受降水和地表水的补给;第Ⅱ、Ⅲ含水组为"老水",除接受侧向补给外,还接受上层浅水的越流补给;人工超采地下水改变了地下水循环演化特征以及地下水中D、18O、T 的同位素组成,增大了地下水遭受污染的风险.【期刊名称】《地下水》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】3页(P23-25)【关键词】地下水;环境同位素;循环演化;开发利用【作者】王凤元;徐素娟;谭俊;马利涛【作者单位】河北省地矿局第十一地质大队,河北邢台 054000;河北省地矿局第十一地质大队,河北邢台 054000;河北省地质矿产开发局勘查技术信息中心,河北石家庄 050000;河北省地矿局第十一地质大队,河北邢台 054000【正文语种】中文【中图分类】P641.2(1.河北省地矿局第十一地质大队，河北邢台 054000；2.河北省地质矿产开发局勘查技术信息中心，河北石家庄 050000)衡水市人均水资源占有量为全国人均水平的6.7%和世界人均水平的2.0%，水资源短缺严重，供水水源以地下水为主。

自上世纪70年代以来，随着社会经济的快速发展，持续大量的超采地下水，致使水位逐年下降，并形成了冀枣衡深层地下水漏斗，漏斗中心水位40 a平均降速2.37 m/a[1]。

本次工作区在冀州市衡水湖一带，位于冀枣衡漏斗西部。

人类活动对地下水的开采及地下水位下降改变了地下水的循环演化特征。

同位素示踪技术在环境污染源溯源中的应用研究

同位素示踪技术在环境污染源溯源中的应用研究同位素示踪技术是一种在环境污染源溯源中广泛应用的重要方法。

通过分析地球上存在的不同同位素的比例，可以准确地追踪物质的来源和流动路径。

在环境保护和污染治理中，同位素示踪技术具有独特的优势，可以提供定量的数据支持，为环境监测、源头追踪和污染治理提供科学依据。

首先，同位素示踪技术在环境污染源溯源中的应用不仅可以确定污染物的源头，还可以追踪其在环境中的迁移和转化过程。

通过分析不同同位素的比例，可以准确地判断污染物的起源。

例如，在地下水污染研究中，可以使用同位素示踪技术确定污染源是来自工业废水、农业活动还是其他渗漏源。

这对于科学地制定采取措施减少或消除污染具有重要意义。

其次，同位素示踪技术还可以帮助准确评估污染物在环境中的迁移和转化过程。

不同同位素具有不同的地球化学性质和迁移特征，通过分析污染物中同位素的比值变化，可以揭示其在环境中的迁移规律。

这对于优化环境治理方案具有重要意义。

例如，在土壤污染治理中，可以通过分析同位素比值的变化，了解污染物在土壤中的迁移途径和行为，从而制定相应的治理策略。

另外，同位素示踪技术还可以提供丰富的数据支持，为环境监测和评估提供科学依据。

通过分析环境样品中同位素的含量和比例，可以获得大量准确的定量数据。

这些数据可以用于评估污染物的浓度、迁移速率和传输路径，从而准确判断环境污染情况，并为科学决策提供依据。

此外，同位素示踪技术还可以用于评估环境治理效果，通过比较治理前后的同位素变化，可以客观地评估治理措施的有效性。

同位素示踪技术在环境污染源溯源中的应用已经取得了一系列的成果。

例如，在水体污染源溯源方面，研究人员使用碳同位素和氮同位素技术来追踪水体中污染物的来源和迁移路径，为水体污染防治提供了重要的科学依据。

在土壤污染研究中，同位素示踪技术被广泛应用于追踪有机和无机污染物的迁移过程，并为土壤污染防治策略的制定提供了有效的手段。

然而，同位素示踪技术在环境污染源溯源中也面临一些挑战。

基于活塞-指数混合模型的地下水可更新性研究

理想示踪剂。氚的计时性及标记性除可查明地下水起源，补
给径流排泄条件以外，可运用于地下水资源评价中含水层还参数的计算。氚的化学性质稳定，易被岩土吸附。不易生不成沉淀化合物，检测灵敏度高，氚法确定水文地质参数且用可不受构造条件限制，取样简便，需动用大批人力物力，无适
０１年第３期第２３卷５月３１
地下水
Ｇｒｕｄｗｔｒｏｎａｅ
Ｍ．．２１ｄ，０１ｙＶｏ．３Ｎ０。１３３
基于活塞一指数混合模型的地下水可更新性研究
李婷，胡伟伟，致远。惠萍马豆
３３卷第３
地下水
２１年５０１
ｒｅ
～
ＴＴ（１—１）１
…
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输
入
其中，ｒ为地下水平均滞留时间；为系统中流动水总体
积与指数型水体积之比，以当１：时为活塞型模型，所１当
用于条件复杂，宜进行水文地质钻探的岩溶地区地下水，不
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图１研究区岩溶水系统概念模型图
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同位素示踪技术在水文地质学中的应用

同位素示踪技术在水文地质学中的应用一、引言水文地质学是研究地下水和地质构造之间相互作用的学科，同位素示踪技术是一种研究地下水流动和地下水污染传输的有效手段。

本文将详细介绍同位素示踪技术在水文地质学中的应用。

二、同位素示踪技术概述同位素示踪技术以自然界中存在的同位素为研究对象，通过对同位素进行监测、分析，来了解环境的物质与能量循环和转化过程。

其中比较常用的同位素有氢同位素（2H，称作氘）、氧同位素（18O、16O）、碳同位素（13C、12C）、氮同位素（15N、14N）等。

同位素示踪技术在水文地质学中的应用主要涉及氢氧同位素示踪、碳同位素示踪和氮同位素示踪等方面。

三、氢氧同位素示踪氢氧同位素示踪利用地下水中氢氧同位素比值的空间差异，研究地下水的来源、流动路径和补给特征。

其原理是：不同区域的地下水来源，其水分子中氢氧同位素比值是不同的。

通过测定地下水中氢氧同位素比值，可以判断地下水的补给源区和补给方式，进而对地下水补给机制、地下水与地表水的关系等进行研究。

氢氧同位素的测定主要采用同位素比值质谱仪（Isotope Ratio Mass Spectrometer，IRMS），通过测定样品中特定同位素的质量比，计算出其同位素比值。

同时，为了确定样品中同位素比值的精确度，通常采用同位素标准物质进行校正。

四、碳同位素示踪碳同位素示踪主要应用于研究地下水中有机和无机碳的来源及其转移特征。

碳同位素示踪的基本原理是：不同碳来源的同位素比值存在区别，通过测定地下水中有机和无机碳的碳同位素比值，可以推测其来源和服务的地质环境。

常用的碳同位素有自然含量的13C和12C。

在研究地下水中有机和无机碳来源的过程中，13C和12C的变化可以反映生物活动和化学反应的影响。

例如，如果地下水中有机碳主要来自植物残渣，其13C/12C比值应该相对较高；如果来自生物和人类排放物，则其13C/12C比值会比较低。

碳同位素的测定方法包括气相色谱-质谱联用技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）和元素分析仪（Elemental Analyzers，EA）。

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２５ｋ面积为ｌ．１万ｋ区内多年平均降水量为１０６ｍ，３２ｍ。５
～
发利用具有非常重要的意义。地下水资源可更新性是人类
利用地下水对于时间尺度的一个相对概念，体现了地下水它资源可持续供给的能力。地下水不同的交替时间反应了更
更新性随不同深度、域、水层的不同而各异，类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系。地含人
［键词］可更新性；境同位素；尔多斯盆地；类活动关环鄂人［图分类号］中Ｐ４１１６．［献标识码］Ａ文［章编号】１０文０４—１８（０１０００ —０１４２１）２— ０１３
（ｌｇｆＥｎｉｏｍｅｔｌＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｇ，Ｃｈｎｈｉｅｓｔ，Ｘｉｎ７１０４，ｈａｘＣｏｌｅｏｖｒｎｎａｃｅｃｎｇｎｅｉｅｎａｇｎＵｎｖｒｉｙ０５Ｓａｎｉ）ｈ
ＡｂｔａｔＴｈｒｉｌｉｃｓｅｅａｐｉａｉｎｓｔａｉｎｏｎｉｎｎａｓｔｐｎｒｎｗａｉｔｆｇｏｎｗｔｒｒｓｕｅｓｓｒｃ：ｅａｔｃｅｄｓｕｓｓｔｐｌｔｉｔｆｅｖｒｍｅｔｌｏｏｅｉｅｅｂｌｙｏｒｕｄａｅｅｏｒｅ，ｈｃｏｕｏｏｉｉａａｙｅｈｉｔｉｕｉｎｃａａｔｒｎｍｐｉａｉｎｆＨ，Ｏｓａｌｓｔｐｎｌｚｓｔｅｄｓｒｂｔｈｒｃｅｓａｄｉｌｔｓｏｏｃｏｔｂｅｉｏｏｅ，Ｔａｄ１Ｃｒｄｏｃｉｅｉｏｏｅ，ＣＦＵｎａｉａｔｓｔｐ４ｖＣＳ，ｏａｅｃｍｐｒｄ
０前言
地下水可更新性的确定对于当地地下水资源可持续开
多斯盆地中西部，白垩系地下水是鄂尔多斯盆地地下水研究的主体。平面形状似矩形，北延伸６０ｋ东西宽２０— 南４ｍ，０
ｔｈｅｉｏｏｅｃｈｒｃｅｓｏｒｕｎｏｔｓｔｐａａｔｒｆｇｏｄｗａｅｆｅｒｍｉｅｄ．Ｔｈｅｒｓｌｓｓｏ：ｈｅｅｂｉｉｙｖｒｒｍｐｈ，ｒｇｏｔｒａｔｎｅｕｔｈｗｔｅｒｎｗａｌｔａｙｆｏｄｅｔｅｉｎ，ａｉｅｑｕｆｒ，ｈｕ — ｍａｃｉｉｙｓｒｎｇｈｅｈｅｌｎｋｏｒｕｎｄｔｒｂｔｅｈａｌｗｎｄｄｅｐａｉｒｎａｔｖｔｔｅｔｎｔｉｆｇｏｗａｅｅｗｅｎｓｌｏａｅｑｕ￣ｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅｂｌｔＥｎｖｒｍｅｔｌｉｏｏｅ；ｄｓｂａｉｎｄｈｕｍａｃｉｉｙＲｅｗａｉｉｙ；ｉｏｎｎａｓｔｐＯｒｏｓｎａｎａｔｖｔ
５０ｍｍ，水量从东南向西北递减。本区河流均属黄河水５降
系，河呈 “ ” 形从盆地的西、、三面环绕流过。黄河黄几字北尔
及其支流总体上是鄂尔多斯盆地地下水的最终排泄渠道。由于不同时期地质构造作用和沉积特征的差异，盆地南北使
０１年第２期第２３卷３月３１
地下水
Ｇｒｕｔｒｏｎｄｗａｅ
Ｍａ．，０１ｔ２１Ｖ１３Ｎ０２ｏ．３．
地下水资源可更新性的环境同位素研究
胡伟伟，李婷，致远，惠萍马豆
（安大学环境科学与工程学院，西西安７０５长陕１０４）［摘要］论述了环境同位素在研究地下水可更新性中的应用现状，析研究区氢氧稳定同位素、和１ｃ放分氚４射性同位素、ＦＳ的分布特征及其指示意义，比人类开采前后地下水的同位素特征。结果表明：地地下水的可ＣＣ对盆
两侧的水文地质结构和地下水的形成条件存在着明显差
新能力的强弱。在几
大气降水联系密切，更新性强上百年更新的地下水，地可与
ＳｕｄｙｏｔｎＥｎｖｒｎｍｅａｌＩｏｏｎＲｅｗａｌｔｆＧｒｕｎｄｗａｅｓｕｒｅｉｏｎｔｓｔｐｅｉｎｅｂｉｉｙｏｏｔｒＲｅｏｃｓ
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