淺析孔雀河中下游一帶地下水同位素特征

孫忠偉

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

孔雀河發(fā)源于博斯騰湖，出鐵門關(guān)峽谷后經(jīng)庫爾勒城區(qū)向西流至包頭湖農(nóng)場轉(zhuǎn)向南，繞過普惠農(nóng)場又轉(zhuǎn)向東南，過尉犁縣境內(nèi)，最終流入羅布泊湖，屬自然兼人工調(diào)節(jié)型河流。本次以庫爾勒西南一帶的孔雀河流域作為分析對象。

1 水體環(huán)境同位素特征

大氣降水氫氧穩(wěn)定同位素組成特征：采用研究區(qū)所在的東天山地區(qū)大氣降水線（孔彥龍，2013），其方程為δ2H=7.05 δ18O+0.6（R2=0.98）。該降水線斜率（7.05）和截距（0.6‰）均小于全球大氣降水線，表現(xiàn)出干旱區(qū)降水同位素組成典型特征。

地表水氫氧穩(wěn)定同位素組成特征：研究區(qū)河水氫氧穩(wěn)定同位素樣品均落在當(dāng)?shù)卮髿饨邓€上，從上游出山口附近到下游包頭湖農(nóng)場河段，河水穩(wěn)定同位素變化不明顯，δ2H介于-60.55‰～-53.32‰之間（圖1）。河水同位素組成較為一致，這可能是由于在采樣時段內(nèi)，河水流速較大，河水同位素組成受蒸發(fā)影響較為微弱。

地下水氫氧穩(wěn)定同位素組成特征：研究區(qū)井水及鉆孔取樣點落在當(dāng)?shù)卮髿饨邓€下方，明顯受到蒸發(fā)影響。其中，潛水蒸發(fā)線為δ2H=5.02δ18O-16.73（R2=0.93）。地下水蒸發(fā)線與當(dāng)?shù)卮髿饨邓€的交點表明地下水源水的平均組成，其值為δ18O=-8.21‰，δ2H=-57.94‰，與河水平均組成十分接近，表明地下水接受河水直接滲漏補(bǔ)給。

2 地表水和地下水的補(bǔ)給與轉(zhuǎn)化

2.1 地表水和地下水的補(bǔ)給來源

圖1 研究區(qū)河水δ2H沿程變化圖

從大氣降水、地表水、地下水氫氧穩(wěn)定同位素組成可以看出，區(qū)內(nèi)地表水和地下水均落在當(dāng)?shù)卮髿饨邓€（LMWL）附近或其右側(cè)，結(jié)合研究區(qū)氣象、水文和水文地質(zhì)分析可知，區(qū)內(nèi)地下水、地表水的補(bǔ)給來源均可歸結(jié)為大氣降水。其中，深層承壓水氫氧穩(wěn)定同位素組成顯著虧損，可能為更新世時氣溫較低時期補(bǔ)給；潛水同位素受蒸發(fā)影響顯著，其主要接受河水和灌溉回歸水和降水補(bǔ)給；淺層承壓水主要接受側(cè)向徑流和潛水越流補(bǔ)給，其同位素組成與潛水接近，表明二者聯(lián)系密切。

2.2 地表水與地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系確定

區(qū)內(nèi)地表水、地下水之間的水力聯(lián)系可從水體水化學(xué)和同位素組成特征上反映出來。區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源為河水，在研究區(qū)水體EC-δ2H關(guān)系圖（圖2）中，大部分潛水和承壓水樣品均落在以河水為端點的三角形內(nèi)。其中，由河水指向西尼爾水庫水的直線段代表地表水體的蒸發(fā)線，由河水指向潛水樣品點U 10的直線段代表潛水的蒸發(fā)線。三角形內(nèi)樣品點為以河水、蒸發(fā)后河水和蒸發(fā)后潛水、淺層承壓水的混合水。

圖2 研究區(qū)水體EC-δ2H關(guān)系圖

3 地下水年齡

3.1 地下水3H年齡

據(jù)活塞流模型和全混合模型地下水年齡計算可知，沖洪積扇扇頂含水層巖性較粗，為砂礫石、砂卵礫石等，滲透性較好，潛水接受大量河水滲漏補(bǔ)給，徑流較快。反映在潛水樣品氚濃度與河水接近，為近期補(bǔ)給；向洪積扇兩側(cè)邊緣，潛水年齡變老，在研究區(qū)北側(cè)山前，潛水樣品U 13的氚濃度為45.9TU，顯然接受了現(xiàn)代降水補(bǔ)給，其補(bǔ)給年代可能在1966～1969年左右，年齡為（45～49）aB.P.。

3.2 地下水14C年齡

據(jù)表觀年齡、Vogel統(tǒng)計模型、Pearson模型分別計算研究區(qū)地下水年齡，研究區(qū)地下水14C年齡，除潛水樣品U 22表觀年齡最老為11695aB.P.外，其余樣品年齡皆為千年尺度，其中潛水表觀年齡一般為（1000～4300）aB.P.，承壓水表觀年齡較潛水老，約為（1000～6300）aB.P.。

從空間分布上看，承壓水14C年齡總體上從山前的沖洪積扇扇頂向扇緣逐漸變老。扇頂為1000aB.P.左右，扇中為4000aB.P.左右，扇東緣和南緣為6000aB.P.左右。且沿著古河道位置，14C年齡較兩側(cè)新，這可能反映了古河道處巖性較粗，滲透性好，地下水流動較兩側(cè)快。

4 地下水更新速率

根據(jù)基于地下水放射性同位素質(zhì)量平衡的年更新速率計算方法，由全混合模型計算結(jié)果可知，潛水年更新速率在沖洪積扇東部較高，為0.8%～1.0%；洪積扇中部的古河道區(qū)，潛水年更新速率較高，為0.04%～0.05%；向洪積扇南部和西部邊緣，年更新速率減小，為0.004%～0.02%。承壓水年更新速率在沖洪積扇東緣較低，為0.01%左右；在沖洪積扇中部古河道區(qū)，為0.1%～0.7%；向西側(cè)和南側(cè)扇緣，降低至0.02%～0.03%（見圖3）。

5 結(jié)束語

孔雀河中下游一帶地下水相對較為豐富，通過對當(dāng)?shù)卮髿饨邓?、地表水、地下水中的氚、碳同位素測試成果分析，基本得出地下水與地下水中同位素特征，并根據(jù)其分布特征，對該區(qū)域地下水、地表水之間相互轉(zhuǎn)換、更新等取得了一定認(rèn)識。

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