渭干河流域地表水與地下水轉化研究

余江祥?李升?高遠?葛燕燕?張云

摘要：水資源是人類社會發展的物質基礎，尤其在缺水的南疆干旱地區，水資源顯得尤為重要，理清地表水地下水的轉化關系，對水資源的合理開發和生態保護具有重要意義。本文以渭干河流域為重點研究區，在充分了解研究區水文地質條件的前提下，利用同位素技術分析同位素空間變化特征，判斷地下水與地表水的轉化關系。為渭干河流域地下水資源可持續開發利用和科學管理以及生態環境保護提供技術支撐。

關鍵詞：旱區地下水;同位素;兩水轉化

中圖分類號：TV211.2;P641 ? ? 文獻標識碼：A

1研究區概況

研究區位于天山南麓，塔里木盆地北緣，北起渭干河龍口，南至塔里木河泛濫平原，西起新和縣桑塔木農場，東至庫車縣哈拉哈塘鄉。行政區劃隸屬新疆阿克蘇地區的庫車縣、新和縣和沙雅縣。研究區北部為卻勒塔格山，南部是塔河泛濫平原，地勢總體北高南低，自西北向東南傾斜。地處歐亞大陸腹地，為典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。研究區內出露的地層有第三系和第四系，其大地構造分區上屬于塔里木地臺北部臺向斜二級大地構造單元，其三級構造單元屬沙雅隆起，三道橋坳陷區。

2 材料與方法

本文結合GNIP（全球大氣降水同位素網絡）下載的研究區降水同位素數據，建立研究區大氣降水線方程，查明地表水地下水和大氣降水之間的關系，以河流沿程的方式，分析典型剖面上地表水與地下水的同位素變化規律與內在聯系，判別不同地段地下水轉化關系。

3 結果與分析

1.研究區大氣降水線的建立

Graig（1961）通過分析全球大量水樣的氫氧穩定同位素組成，得到全球大氣降水線方程：δD=8180+ 10，他們之間存在著很好的線性關系，被認為代表了降水中氫、氧穩定同位素組成的一般規律，為地下水循環特征的研究奠定了理論基礎。隨后，我國學者鄭淑慧（1983） 也通過分析總結得到我國大氣降水線（LMWL）方程δD=7.9δ180 +8.2。

由于降水成因、降水類型以及同位素分餾程度的不同，不同地區的當地大氣降水線與全球大氣降水線總是在斜率與截距上存在著一定的差異，因此在研究一個地區的同位素特征之前，首先要建立該地區的當地大氣降水線。

為了對大氣降水線進行研究區適用性的驗證，本文利用Pang[42]等近幾年在天山南北坡的研究成果，獲得研究區近幾年的大氣降水同位素數據，通過與各站點降水同位素數據對比發現符合其同位素分布特征，因此表明大氣降水線對研究區具有適用性。

2.各水體同位素區域分布特征

通過對各水源種類進行分類整理后，匯出各水體δD、δ18O分布圖，從而得出水體的δD、δ18O的關系方程：

地表水：δD=6.7δ18O-0.17 R2=0.77

潛水：δD=6.9δ18O+0.24 ? ? R2=0.88

Ⅰ承壓水：δD=7.4δ18O+6.92 ? R2=0.93

Ⅱ承壓水：δD=8.1δ18O+12.01 ? R2=0.98

通過分析研究區各水體的分布方程可知，地表水的擬合系數及斜率較小，說明受蒸發作用及外界影響因素較大。如圖所示，地表水，潛水，Ⅰ承壓水的同位素數據相互交錯分布，沒有明顯的范圍界限，且三者的斜率相差不大，說明它們具有緊密的水力聯系;Ⅱ承壓水δD、δ18O值除與部分潛水接近外，與其余淺層地下水相比明顯偏負，可以表明研究區淺層地下水與Ⅱ層承壓水之間的水力溝通總體上看并不暢通，含水層連通性差，Ⅱ層承壓水并未普遍受到淺層水的影響。

3.地表水與地下水轉化研究

此段為沿渭干河流域英達里亞河南北向剖面，由圖可知，D與18O變化趨勢基本一致，不同水體之間相互交錯，且各曲線均呈現出先下降后上升的變化趨勢，說明該河流附近的河水、潛水、Ⅰ承壓水水力聯系緊密，不同類型水體之間相互發生轉化。

下面就具體位置分段進行分析：

相對距離0-30km

此距離位于克孜爾水庫至龍口一帶，河水與潛水同位素值均呈貧化趨勢，原因為地表水由水庫經山區至龍口的徑流過程中，河道逐漸變窄，流速變快，蒸發作用減弱，且水體中的貧重同位素在山區得到補充;Ⅰ承壓水δD、δ18O大于潛水與河水接近，這是由于Ⅰ承壓水受到附近躍進水庫的入滲影響，同位素值變大。以上兩點均說明此地段淺層地下水與地表水的關系緊密。此段位于低山丘陵附近，地下水埋深較深，含水層巖性多為卵礫石等顆粒直徑較粗的巖類，河水滲透性能強，大量河水或水庫水下滲補給地下水，故此區域為河水補給淺層地下水段。

相對距離30-60km

此段屬于英達里亞河的中上游，如圖所示，各水體同位素值明顯增大。從上游至中游，河水蒸發作用逐漸增強，同位素值得到富集;同樣在地下水流動過程中，隨著埋深變淺，潛水也由貧化轉向富集，且曲線的上升趨勢最終超過河水，這說明此地段兩者的轉化關系發生了變化，即流域內地下水位接近地表，河流兩側含水層向河道徑流，潛水補給地表水;Ⅰ承壓水的同位素值也在此段緩慢增加，且在潛水的變化范圍之內，說明此段的Ⅰ承壓水同樣受到了上層潛水的入滲影響。故此區域為潛水補給河水及Ⅰ承壓水段。

相對距離60-75km

此段位于英達里亞河下游，水體蒸發強烈，農田眾多，人類活動頻繁。潛水達最高值后最先呈現下降趨勢，河水與Ⅰ承壓水則具有滯后性，變化趨勢略滯后于潛水，說明此段潛水對河水及Ⅰ承壓水的影響趨于穩定，補給能力在逐漸漸弱，它們的同位素值也最終趨于一致。這是由于人工灌溉的影響，使各水體發生混合作用，導致地表水與地下水的補給強度及轉化關系發生了改變，判斷此段為人工條件影響下的潛水與Ⅰ承壓水及地表水的相互轉化段;Ⅱ承壓水δD、δ18O值與附近的淺層地下水及地表水相差較大，說明隔水層分層性好，Ⅱ承壓水與外界基本無水力聯系。

4 結論

（1）：研究區的大氣降水線方程為δD= 7.24δ18O+1.96（n=264，R2 = 0.95），斜率和截距都偏低，造成這種差異的主要原因是研究區位于西北干旱區，遠離海洋，降水量少，氣候干燥，蒸發強度大，降水在降落過程中發生了強烈的蒸發作用，即受到二次蒸發的作用，造成降水同位素富集重同位素。

（2）：地表水，潛水，Ⅰ承壓水的同位素數據相互交錯分布，具有緊密的水力聯系;Ⅱ層承壓水并未普遍受到淺層水的影響。