博斯腾湖流域氢氧同位素特征研究

努尔阿米乃姆·阿木克，麦麦提吐尔逊·艾则孜，海米提·依米提

(1.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046；2.新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室，新疆师范大学，新疆乌鲁木齐 830054；3.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 830054)



博斯腾湖流域氢氧同位素特征研究

努尔阿米乃姆·阿木克1，麦麦提吐尔逊·艾则孜2，3，海米提·依米提2，3

(1.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046；2.新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室，新疆师范大学，新疆乌鲁木齐 830054；3.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 830054)

摘要[目的]明确博斯腾湖流域不同水体氢氧同位素特征差异。[方法]测定2014年博斯腾湖流域不同水体的氢氧同位素值，并与前人各期数据进行时空上的对比。[结果]湖水δ18O均值为-0.36‰，δD为-15.98‰，存在δD=2.99δ18O-14.91的数量关系；河水δ18O均值为-9.23‰，δD为-61.81‰，其关系：δD=6.10δ18O-5.43；地下水δ18O均值为-8.11‰，δD为-57.01‰，其关系：δD=4.61δ18O-19.68。经与Craig(1961)全球大气降水线(GMWL)及根据全球降水同位素观测网GNIP数据与乌鲁木齐大气降水线方程(LMWL)对比，地下水、湖水与河水氢氧同位素组成均大致落在当地大气降水线和全球大气降水线附近，显示受降水补给为主。与2001、2008、2011年数据对比显示，各年间各水体(地下水、地表水)氢氧同位素数据存在一定差异，该差异或由各期采样点空间分布不同引起。[结论]研究结果为博斯腾湖流域的可持续发展提供了理论依据。

关键词博斯腾湖；开都河；地下水；氢氧同位素

由于水在蒸发和扩散等循环过程中会引起同位素分馏，不同来源的水具有不同的同位素组成特征，所以可通过水体的氢氧同位素组成变化来示踪[1-4]。博斯腾湖地处气候干燥的欧亚大陆腹地，是我国最大的内陆湖[5]。博斯腾湖具有蓄洪灌溉作用，保障了流域绿洲人民的生产生活，它所提供的丰富的水生动植物资源对焉耆盆地以及塔里木河下游有着重要的生态服务功能。近年来，受全球气候变化和人类活动的双重影响，博斯腾湖面临水质下降、水量不足等问题[6]。李文鹏等[7]测定了焉耆盆地河水与地下水，但未提供采样点位置。刘延锋等[8]和陈亚宁等[9]进行了系统测定，前者偏重于对上游河流的研究，后者则偏重于开都河入湖冲积扇地下水，且都对湖水测定的少。鉴于此，笔者测定了2014年博斯腾湖流域湖水、河水、地下水的同位素特征，并与前人各期数据进行了时空上的对比，以期为该流域的可持续发展提供参考。

1研究区概况与研究方法

1.1研究区概况博斯腾湖位于西部天山南麓焉耆盆地东南部，既是开都河的尾闾湖，又是孔雀河的源地。该流域是塔里木河的水源补给区，地理位置特殊且重要[10-11]。开都河是唯一直接流入博斯腾湖的常年性河流，其余河流(黄水沟、清水河、曲恵沟等)出山后多由灌溉引用最终以地下水形式汇入湖区[12]。博斯腾湖水域面积达1 002.4 km2，湖区南侧和东侧为沙漠，北面及西北面是平原带，四周地势向湖区倾斜，湖面最高海拔达1 046.75 m[13]，西北部海拔为1 400～1 600 m，东南1 200～1 400 m。流域以农牧渔业为主，工业相对薄弱[14]。

1.2研究方法于2014年10月在博斯腾湖流域取水样18个，其中9个为湖水，3个为开都河水，6个为地下水(图1)。现场分别测定记录井深、经度、纬度等。用去离子水及待取水先后清洗20 mL取样瓶3次。水面以下30 cm处取地表水样。抽水15 min后自压井及电井取地下水样，密封水样。在中国科学院地理科学与资源研究所环境同位素实验室采用TC/EA测定样品δD与18O(表1)。由FinniganMAT-253质谱仪测定，结果采用VSMOW(‰)报道，δD精度为±2 ‰，18O精度为±0.3 ‰。因研究区降水稀少，无典型时段内同位素降水监测数据，故将该研究结果与Craig(1961)全球大气降水线方程及乌鲁木齐大气降水线方程(LMWL)：δ2H= 6.977δ18O+ 0.434(LMWL)[8]进行对比(据全球降水同位素观测网GNIP资料计算)。

图1　研究区采样点分布Fig.1　The distribution of sampling point in study area

编号NO.水类型样WatertypesδD∥‰δ18O∥‰经度Longitude∥°纬度Latitude∥°高程Altitude∥mB1博湖水-23.04-1.9086.850041.88891039B2博湖水-16.41-0.6786.844041.98331038B3博湖水-16.88-1.2286.954342.00231038B4博湖水-6.932.6387.236741.95941039B5博湖水-16.70-1.2186.983341.91391039B6博湖水-16.70-0.6087.133342.00001039B7博湖水-12.880.8686.852542.08161038B8博湖水 -17.25-0.8886.872242.04171038B9博湖水 -16.72-0.2586.843541.98151038S1开都河水-64.22-9.6286.134942.26482508S2开都河水-60.33-9.0886.733141.88471038S3开都河水-60.86-9.0186.564242.05281056G1地下水 -41.77-4.8786.756741.81861046G2地下水 -50.49-7.2086.945042.10441036G3地下水 -58.22-7.4386.989241.90001045G4地下水 -58.23-9.1087.155642.11171049G5地下水 -67.88-9.9386.658342.17691050G6地下水 -65.46-10.0986.617842.11171050

2结果与分析

2.1博斯腾湖流域多年氢氧同位素特征差异该调查所测得的博斯腾湖湖水的δ18O范围为-2.00‰～3.00‰，δD为-33.00‰～-10.00‰，其关系可表示为δD=2.99δ18O-14.91；河水的δ18O范围为-9.80‰～-9.50‰，δD为-64.00‰～-60.00‰，其关系可表示为δD=6.10δ18O-5.43；地下水δ18O范围为-10.20‰～-4.80‰，δD为-62.00‰～-40.00‰，其关系可表示为δD=4.61δ18O-19.68。地下水、湖水和河水的氢氧同位素组成基本都落在当地和全球大气降水线附近。湖水同位素关系的斜率为2.99，河水为6.10，地下水为4.61，较河水与地下水正偏于大气降水斜率。并且湖水同位素组成数据点分布在降水线右下方，河水与地下水的同位素组成数据点基本上分布于降水线及左上方，表明湖水的蒸发作用显著高于河水和地下水。这主要是由于湖水是一个相对稳定的开放水体，流动性相对较弱，湖面所受到的蒸发作用较大，从而在湖水中富集了重的同位素。该河水样品氢氧同位素组成分布较集中，地下水样品的氢氧同位素组成差异较大，说明流域内不同部位地下水的来源和所经历的循环过程存在差异(图2d)。

2.22001～2014年博斯腾湖流域氢氧同位素特征差异分析2001年流域地下水与河水样品数据[7]基本分布在降水线上并且偏轻，均反映受降水补给为主(图2a)。其中虽然河水与地下水的δD值差距较小，但地下水较地表水略偏于降水线右下方，反映其蒸发作用比河水大，地下水受河水补给为主。2008年河水氢氧同位素数据[8]分布不均，差异较大。地下水和地表水偏离当地和大气降水线斜率，分布于右下方，同位素值趋重(图2b)。2011年样本[9]河水和地下水的斜率与截距均小于当地和全球的大气降水线，同位素数据基本落在降水线左上方，河水与地下水同位素难以分开(图2c)，反映河水受地表水(包括河水、渠道水、田间渠系灌溉水)的渗漏补给。地下水同位素值总体稍偏重，反映其蒸发比河水强。

图2　不同时期博斯腾湖流域湖水、地下水和河水的δD-δ18O关系Fig.2　The δD-δ18O relationship of lake water，groundwater and river water in Bosten Lake Basin in different time

2008年数据主要集中于开都河中上游，地下水多采自流入开都河的支流，因此，河水和地下水与2011及2014年氢氧同位素分布不同，地下水较河水偏轻，总体偏重，显示上游地表水和地下水在入湖前已经历强烈的蒸发。2011年数据主要分布在开都河冲洪积扇上，地下水接受受蒸发作用较少的潜水渗入，并补给河水，同位素数据均偏轻，位于等降水线上方。而2014年数据主要分布于博斯腾湖，湖水强蒸发导致同位素值偏重，河水和地下水分布较接近，反映二者物源上的接近。因2001年测定未提供样本点为主，该研究不对其做进一步分析。另据中国气象数据网提供的焉耆盆地降水与气温数据，研究区近10a(2001～2014年)降水量变化显著，但气温变化不明显(图3)。降水量增大会使流域氢氧同位素值偏轻，但2008年流域降水量最大，同位素值偏重；2014年降水量最小，同位素值却偏轻，其原因可能亦由采样点分布的不同引起。

注：数据来源于中国气象数据网。Note：Data are from China Meteorological Data Network.图3　2001、2008、2011和2014年博斯腾湖流域气温、降水变化对比Fig.3　Comparison of temperature and precipitation in Bosten Lake Basin in 2001，2008, 2011 and 2014

2014年流域氢氧同位素重于2011年，这可能是由于人为引用开都河河水灌溉、抽取地下水井、农业活动和水环境的污染等原因所致。特别需要注意的是，该研究对近10 a博斯腾湖流域各水体氢氧同位素值之间所存在差异进行了研究，而博斯腾湖流域属于干旱气候地区，无论是平原还是山区，各水体受到的蒸发作用都较强烈，各水体之间又存在互相补排的现象，加之前期工作采样点位置的不同，及试验数

据的可靠性均对该研究结果有影响。

3结论

通过测定2014年博斯腾湖流域不同水体的氢氧同位素值，结果表明：湖水δ18O变化平均值为-0.36‰，δD变化平均值为-15.98‰，δ18O和δD的变化关系可表示为δD=2.99δ18O-14.91；河水δ18O变化平均值为-9.23‰，δD变化平均值为-61.81‰，δ18O和δD的变化关系可表示为δD=6.10δ18O-5.43；地下水δ18O变化平均值为-8.11‰，δD变化平均值为-57.01‰，δ18O和δD的变化关系可表示为δD=4.61δ18O-19.6。地下水、湖水、河水的同位素组成基本位于降水线附近，流域以降水补给为主。2001～2014年流域同位素值存在差异，应由各期采样点空间分布差异引起。

参考文献

[1] 邢国章，王立发，袁春鸿.北京市平原区地下水循环特征的同位素研究[J].分析研究，2013，8(1)：23-27.

[2] 曾海鳌，吴敬禄，刘文.哈萨克斯坦东部水体氢氧同位素和水化学特征[J].干旱区地理，2013，36(4)：663-668.

[3] 宋献方，刘相超，夏军.基于环境同位素技术的怀沙河流域地表水和地下水转化关系研究[J].地球科学，2007，37(1)：103-110.

[4] 田立德，姚檀栋，沈永平.青藏高原那曲河流域降水及河流水体中氧稳定同位素研究[J].水科学进展，2002，13(2)：207-210.

[5] 阿吉古丽·阿布力米提，海米提·依米提，祖皮艳木·买买提.博斯腾湖小湖面积动态变化及驱动力研究[J].安徽农业科学，2013，41(7)：3053-3056，3136.

[6] 汪鹭.博斯腾湖流域主要入湖河流径流序列分析[D].成都：四川师范大学，2008.

[7] 李文鹏，郝爱兵，郑跃军，等.塔里木盆地区域地下水环境同位素特征及其意义[J].水文地质工程地质，2013，40(4)：192-198.

[8] 刘延锋，江贵荣，靳孟贵.新疆焉耆盆地水环境氢氧同位素特征及其指示作用[J].地质科技情报，2009，28(6)：90-93.

[9] 陈亚宁，杜强，陈跃滨.博斯腾湖流域水资源可持续利用研究[M].北京：科学出版社，2013.

[10] 张晓芳，谭芫.新疆博斯腾湖水生态演变分析[J].地下水，2010，32(4)：188-189.

[11] 袁峡，杨佃华.新疆博斯腾湖水环境问题研究[J].干旱区研究，2008，25(5)：736-740.

[12] 伊丽努尔· 阿力甫江，海米提·依米提，麦麦提吐尔逊·艾则孜.1958-2012年博斯腾湖水位变化驱动力[J].中国沙漠，2015，31(1)：241-246.

[13] 毕雪丽.新疆博斯腾湖流域气候变化及地表径流响应[D].上海：华东师范大学，2012.

[14] 王俊.新疆博斯腾湖水环境变化与水资源承载力研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2012.

Study on Characteristics of Hydrogen and Oxygen Isotope in Bosten Lake Basin

Nuraminam·Hamuk1, Mamattursun·Eziz2,3, Hamit·Yimit2,3

(1. Key Laboratory of Oasis Ecology, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046; 2. Xinjiang Key Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Area, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054; 3.College of Geographical Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054)

Abstract[Objective] The aim was to study characteristic difference of hydrogen and oxygen isotope in different water bodies of Bosten Lake Basin. [Method] The values of hydrogen and oxygen isotope in different water bodies in Bosten Lake Basin in 2014 were determined and compared with previous data from spatial and temporal layer. [Result] The lake water mean value of δ18O was -0.36‰, δD was -15.98‰, with relationship of δD=2.99δ18O-14.91; the river water mean value of δD was about -61.81‰, δ18O was -9.23‰, with relationship of δD=6.10δ18O-5.43; the groundwater mean of δ18O value was -8.11‰, δD was -57.01‰, with relationship of δD=4.61δ18O-19.68. The datum of river water, lake water and groundwater were all distributed around the Graig(1961) global and local meteoric water line in δ18O-δD coordinate system, indicating the characteristic of precipitation water. Compared with data in 2001, 2008 and 2011, there were some differences in various water bodies in different years, which may caused by different sampling points in each period. [Conclusion] The study provides theoretical basis for sustainable development of Bosten Lake Basin.

Key wordsBosten Lake; Kaidu River; Groundwater; Hydrogen and oxygen isotope

基金项目国家自然科学基金项目(U1138302，41561073)。

作者简介努尔阿米乃姆·阿木克(1990- )，女，维吾尔族，新疆喀什人，硕士研究生，研究方向：干旱区资源与环境。

收稿日期2016-02-04

中图分类号K 903

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-011-03