渭干河流域地表水与地下水转化研究

余江祥 李升 高远 葛燕燕 张云

摘要：水资源是人类社会发展的物质基础，尤其在缺水的南疆干旱地区，水资源显得尤为重要，理清地表水地下水的转化关系，对水资源的合理开发和生态保护具有重要意义。本文以渭干河流域为重点研究区，在充分了解研究区水文地质条件的前提下，利用同位素技术分析同位素空间变化特征，判断地下水与地表水的转化关系。为渭干河流域地下水资源可持续开发利用和科学管理以及生态环境保护提供技术支撑。

关键词：旱区地下水;同位素;两水转化

中图分类号：TV211.2;P641     文献标识码：A

1研究区概况

研究区位于天山南麓，塔里木盆地北缘，北起渭干河龙口，南至塔里木河泛滥平原，西起新和县桑塔木农场，东至库车县哈拉哈塘乡。行政区划隶属新疆阿克苏地区的库车县、新和县和沙雅县。研究区北部为却勒塔格山，南部是塔河泛滥平原，地势总体北高南低，自西北向东南倾斜。地处欧亚大陆腹地，为典型的暖温带大陆性干旱气候。研究区内出露的地层有第三系和第四系，其大地构造分区上属于塔里木地台北部台向斜二级大地构造单元，其三级构造单元属沙雅隆起，三道桥坳陷区。

2 材料与方法

本文结合GNIP（全球大气降水同位素网络）下载的研究区降水同位素数据，建立研究区大气降水线方程，查明地表水地下水和大气降水之间的关系，以河流沿程的方式，分析典型剖面上地表水与地下水的同位素变化规律与内在联系，判别不同地段地下水转化关系。

3 结果与分析

1.研究区大气降水线的建立

Graig（1961）通过分析全球大量水样的氢氧稳定同位素组成，得到全球大气降水线方程：δD=8180+ 10，他们之间存在着很好的线性关系，被认为代表了降水中氢、氧稳定同位素组成的一般规律，为地下水循环特征的研究奠定了理论基础。随后，我国学者郑淑慧（1983） 也通过分析总结得到我国大气降水线（LMWL）方程δD=7.9δ180 +8.2。

由于降水成因、降水类型以及同位素分馏程度的不同，不同地区的当地大气降水线与全球大气降水线总是在斜率与截距上存在着一定的差异，因此在研究一个地区的同位素特征之前，首先要建立该地区的当地大气降水线。

为了对大气降水线进行研究区适用性的验证，本文利用Pang[42]等近几年在天山南北坡的研究成果，获得研究区近几年的大气降水同位素数据，通过与各站点降水同位素数据对比发现符合其同位素分布特征，因此表明大气降水线对研究区具有适用性。

2.各水体同位素区域分布特征

通过对各水源种类进行分类整理后，汇出各水体δD、δ18O分布图，从而得出水体的δD、δ18O的关系方程：

地表水：δD=6.7δ18O-0.17 R2=0.77

潜水：δD=6.9δ18O+0.24     R2=0.88

Ⅰ承压水：δD=7.4δ18O+6.92   R2=0.93

Ⅱ承压水：δD=8.1δ18O+12.01   R2=0.98

通过分析研究区各水体的分布方程可知，地表水的拟合系数及斜率较小，说明受蒸发作用及外界影响因素较大。如图所示，地表水，潜水，Ⅰ承压水的同位素数据相互交错分布，没有明显的范围界限，且三者的斜率相差不大，说明它们具有紧密的水力联系;Ⅱ承压水δD、δ18O值除与部分潜水接近外，与其余浅层地下水相比明显偏负，可以表明研究区浅层地下水与Ⅱ层承压水之间的水力沟通总体上看并不畅通，含水层连通性差，Ⅱ层承压水并未普遍受到浅层水的影响。

3.地表水与地下水转化研究

此段为沿渭干河流域英达里亚河南北向剖面，由图可知，D与18O变化趋势基本一致，不同水体之间相互交错，且各曲线均呈现出先下降后上升的变化趋势，说明该河流附近的河水、潜水、Ⅰ承压水水力联系紧密，不同类型水体之间相互发生转化。

下面就具体位置分段进行分析：

相对距离0-30km

此距離位于克孜尔水库至龙口一带，河水与潜水同位素值均呈贫化趋势，原因为地表水由水库经山区至龙口的径流过程中，河道逐渐变窄，流速变快，蒸发作用减弱，且水体中的贫重同位素在山区得到补充;Ⅰ承压水δD、δ18O大于潜水与河水接近，这是由于Ⅰ承压水受到附近跃进水库的入渗影响，同位素值变大。以上两点均说明此地段浅层地下水与地表水的关系紧密。此段位于低山丘陵附近，地下水埋深较深，含水层岩性多为卵砾石等颗粒直径较粗的岩类，河水渗透性能强，大量河水或水库水下渗补给地下水，故此区域为河水补给浅层地下水段。

相对距离30-60km

此段属于英达里亚河的中上游，如图所示，各水体同位素值明显增大。从上游至中游，河水蒸发作用逐渐增强，同位素值得到富集;同样在地下水流动过程中，随着埋深变浅，潜水也由贫化转向富集，且曲线的上升趋势最终超过河水，这说明此地段两者的转化关系发生了变化，即流域内地下水位接近地表，河流两侧含水层向河道径流，潜水补给地表水;Ⅰ承压水的同位素值也在此段缓慢增加，且在潜水的变化范围之内，说明此段的Ⅰ承压水同样受到了上层潜水的入渗影响。故此区域为潜水补给河水及Ⅰ承压水段。

相对距离60-75km

此段位于英达里亚河下游，水体蒸发强烈，农田众多，人类活动频繁。潜水达最高值后最先呈现下降趋势，河水与Ⅰ承压水则具有滞后性，变化趋势略滞后于潜水，说明此段潜水对河水及Ⅰ承压水的影响趋于稳定，补给能力在逐渐渐弱，它们的同位素值也最终趋于一致。这是由于人工灌溉的影响，使各水体发生混合作用，导致地表水与地下水的补给强度及转化关系发生了改变，判断此段为人工条件影响下的潜水与Ⅰ承压水及地表水的相互转化段;Ⅱ承压水δD、δ18O值与附近的浅层地下水及地表水相差较大，说明隔水层分层性好，Ⅱ承压水与外界基本无水力联系。

4 结论

（1）：研究区的大气降水线方程为δD= 7.24δ18O+1.96（n=264，R² = 0.95），斜率和截距都偏低，造成这种差异的主要原因是研究区位于西北干旱区，远离海洋，降水量少，气候干燥，蒸发强度大，降水在降落过程中发生了强烈的蒸发作用，即受到二次蒸发的作用，造成降水同位素富集重同位素。

（2）：地表水，潜水，Ⅰ承压水的同位素数据相互交错分布，具有紧密的水力联系;Ⅱ层承压水并未普遍受到浅层水的影响。