[发明专利]一种利用同位素计算降水、地下水对地表水补给率的方法

说明书

本发明公开了一种利用同位素计算降水、地下水对地表水补给率的方法，步骤为：(1)采样检测，分别采集流域内的地表水、地下水及大气降水；将水样过滤后统一测定环境同位素含量，得到δ_地表水、δ_地下水、δ_大气降水；(2)建立计算模型，由于地表水是由大气降水与地下水共同补给，有δ_地表水＝Xδ_大气降水+(1‑X)δ_地下水；(3)计算大气降水对地表水的补给率X＝(δ_地表水‑δ_地下水)/(δ_大气降水‑δ_地下水)×100％；(4)计算地下水对地表水的补给率Y＝1‑X。本发明操作便捷，计算准确，深入分析降水、地表水和地下水之间的转化关系及流域演化规律，进而揭示人类活动影响下的降水、地表水与地下水的相互作用关系，为大尺度水循环研究提供依据。

技术领域

本发明涉及水文领域，具体地指一种利用氢氧同位素计算降水、地下水对地表水补给率的方法。

背景技术

近年来，人类活动以及大量水利工程的建设对流域水循环，水资源问题正日益影响着全球的经济与环境发展。在社会发展和人类活动对自然干预逐渐加剧下，天然的水循环在地表水与地下水相互作用过程中产生了明显的变化。在不同地区，由于气候和地质条件的差异，地表水和地下水相互作用不同，影响程度也不同。

随着气候变化和人类活动的影响加剧，尤其是跨流域调水(如南水北调、引江济汉、引滦入津、引黄济青等工程)和大规模地下水抽取工程实施，导致区域地表水和地下水相互作用更为频繁、作用规律变得更为复杂，这种变化造成了自然界水循环模式的改变，严重影响了生态环境，对水资源及生态环境造成了恶劣的后果。能否合理利用和有效保护水资源主要取决于人类对水循环的认识水平。因此，加强降水、地表水与地下水之间相互作用规律研究，保证流域内水资源可持续利用、生态环境可持续发展，不仅对区域水循环模式的建立、水资源形成机制的了解、以及水资源总量的评价与综合管理具有重要的理论意义，而且对水资源合理开发利用和生态环境保护都具有十分重要的实际意义。

传统计算大气降水、地表水与地下水的相互转化过程，需要开展土壤入渗野外试验、室内实验等工作，开展难度大，准确度低。同位素有良好的标记作用，大部分同位素化学性质稳定，不易沉淀与吸附，²H、³H、¹⁸O本身就是水的组成成分，因此可以随水同步运动。同时，同位素测定精度极高，通过测定同位素组分，可以研究与追踪水的运动和水循环。稳定同位素D(即²H)和¹⁸O，分别是氢和氧的同位素，作为环境示踪剂，在水文学中已经得到了广泛运用。来源不同的水体往往具有不一样的同位素特征，而氢和氧是水的基本组成部分，能够跟随水一起运动，因而稳定同位素方法还可用于进行流域内水文循环过程的研究，确定水循环中各部分水体的来源，解释地表水与地下水之间的相互作用关系等。大气降水、地表水与地下水的相互转换是水文循环的重要组成部分，尤其是在地质情况复杂或者大量抽取地下水的地区，地表水与地下水的相互转换频繁，交换水量在整个水资源量中占相当大的比例。研究其中的转换规律，成为流域水资源管理的关键问题。

环境同位素方法是水循环研究的重要手段。由于蒸发和凝结等作用，自然界中的水体在运移过程中发生不同程度的同位素分馏，且分馏程度主要受温度和相对湿度的影响，可以据此研究降水的水汽来源、地表水蒸发及混合、土壤水入渗与消耗、地下水利用与补给等。其可以用来有效地示踪水循环，如指示水的来源，不同环境状况下水的运移和数量(包括江河湖泊)，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。

因此，开发出一种方便快捷、准确度高、研究范围广的利用环境同位素计算大气降水、地下水对地表水补给率的方法具有重要意义。

发明内容