基于同位素和水化学方法的疏勒河流域瓜州盆地地下水补给机制研究

Groundwater, as a vital source of water, plays a critical role in drinking, irrigation and maintaining the health of ecosystems in endorheic basins of Northwestern China. Yet groundwater recharge is directly threatened by human activities and stand to be further affected by climate change, it has impacted the further development of local irrigation agriculture in oasis along the Silk Road, especially for the Shule River Basin in west part of the Hexi Corridor. Thus, a thorough understanding of groundwater recharge of aquifers in Northwestern China is necessary in water source management to ensure sustainability on a local or regional scale. In this project, environmental isotopic and hydrochemical tracers of precipitation, river water, soil water, irrigated water and groundwater, together with the end-member mixing analysis, chloride mass balance technique and numerical simulation modeling, have been used to investigate the recharge mechanism of Guazhou Basin in the lower reaches of the Shule River Basin. The specific objectives of this work are: 1) to provide the hydrologic connections of different waters, 2) to constrain and quantify the main recharge sources of groundwater and to determine recharge rate, 3) to forecast the evolutionary characteristics of groundwater in future. The results can help the government make formulate guidelines for sustainable management of groundwater in the study area.

地下水是我国西北内陆河流域维持绿洲发展和生态系统稳定的重要水源。受气候变化和人类活动的共同影响，西北内陆河流域地下水的补给环境发生了显著改变，已经严重影响到丝绸之路经济带灌溉农业的发展。地处河西走廊西端的疏勒河流域，地下水退化问题突出，然而对地下水补给的研究相对薄弱，区域水资源的合理利用尚缺乏充分的科学依据。因此，本项目选择位于疏勒河下游的瓜州盆地为研究区，依托中国科学院敦煌戈壁荒漠生态与环境研究站和中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室，采用同位素、水化学和数值模拟技术相结合的方法，开展瓜州盆地地下水补给机制研究。阐明不同水体之间的水力联系，识别和量化地下水的补给来源；估算地下水的补给速率；预测未来不同开采利用情景下瓜州盆地地下水系统的动态演化趋势，为疏勒河流域地下水资源的可持续利用提供理论指导。

近几十年，我国内陆河绿洲区由于人口急剧增加和灌溉农业的快速发展，导致地下水显著退化，给当地的生态环境和经济发展带来严重影响。识别地下水的补给来源和厘清地下水的补给机理是改善地下水管理的关键。鉴于此，本项目基于同位素、水化学和数值模拟技术相结合的方法，结合野外考察和监测资料，开展了疏勒河流域瓜州盆地地下水补给机制研究。研究成果具体可归纳为以下5个方面：1）揭示了瓜州盆地及疏勒河下游的降水同位素变化特征，分别建立了瓜州盆地和疏勒河下游的大气水线方程；2）厘清了瓜州盆地地表水和地下水稳定同位素和水化学组成的时空变化特征，指出了影响地下水同位素和水化学演化的主要控制因子；3）明晰了不同水体之间的水力联系，确定了瓜州盆地地下水的补给来源，并量化了不同补给来源对地下水的贡献率；4）分析了瓜州盆地地下水的3H和14C含量特征，确定了瓜州盆地地下水的年龄，初步估算了瓜州盆地地下水的补给速率；5）构建了瓜州盆地地下水数值模型，在空间尺度下模拟了瓜州盆地地下水稳定同位素值的时空变化并定量估算了地下水的各补给来源的贡献。上述研究成果可为该区地下水资源的可持续利用提供理论指导，为其他干旱区地下水补给机制研究提供借鉴和参考。在本项目资助下已正式发表论文6篇，其中SCI论文3篇，中文核心3篇；参加学术会议2次。