腾格里沙漠东缘地下水补给来源及对气候变化的响应

干旱区地下水是最宝贵的自然资源及战略资源，其本身丰富的信息内涵及包气带同位素和化学组分特征是判断区域气候变化及环境演变的重要标记，是研究全球变化及大陆水文循环的重要方向及关键领域。选择腾格里沙漠东缘为目标研究区，结合特有的地质条件及气候特征，选取技术方法上比较成熟的天然环境示踪剂（Cl-,NO3-，2H,18O 等）及常规水化学要素提取地下水中补给循环及气候变化信息，采用LEACHM 模型模拟垂向大气降水到地下水水化学特征差异，判断各化学组分在包气带中淋溶迁移的时间及规律，利用PHREEQCI 反向模拟地下水一维恒定流的情况下迁移演化过程及矿物质转移量的变化情况，综合分析山区-沙漠沿程地下水水循环及相互转化关系与机制，通过研究包气带与地下水（Cl-,NO3）来源及补给过程探讨气候变化、人类活动对地下水补给的影响过程，综合揭示晚更新世以来地下水演化规律及其对气候变化与人类活动的响应关系。

腾格里沙漠东缘地下水水化学分布具有较明显的分带特征，总体规律是：由山前戈壁向细土平原至荒漠地区，地下水矿化度(TDS)增大，但地下浅层水与深层水矿化度及水化学类型并无明显的垂直性分布特征，说明该区蒸发浓缩作用占主导因素，且覆盖干扰其他水化学演化影响因素的突显。浅层水水化学成份主要来源于土层盐分的溶滤，局部变化与水的循环交替情况有密切联系，水平特征可能与气候干旱、补给贫乏、径流条件差以及岩层中富含该类盐分等因素有关，加之近年来该区浅中层地下水长期大规模开采，矿化度增加情况分布不均匀。地下水样品的δ18O平均值为-8.64‰，δ2H为-73.3‰，位于温度较低、蒸发较小条件下的地方大气降水线附近，典型的反映了现代突发洪水的渗透和贺兰山西侧山区冲积扇的潜流补给。但根据部分地下水氧同位素与氯离子浓度关系保存了气候湿润时期的降水补给信息。TDIC富集δ13C的关系斜率为-10.5，说明该区地下水中的CO2很有可能来自C3植被区的土壤，高含量的氯浓度显示了很低的渗透速率，在没有重要固相碳酸盐条件下使得方解石达到饱和，也使得CO2–DIC有足够时间平衡，而且硅酸盐的风化提供了Ca2+。地下水中现代碳的50%来自近代，可能包含核试验期间输入的14C。.针对干旱区硝酸盐氮分布与迁移转化规律及硝化反硝化作用过程研究较弱的问题，在研究区内针对不同深度土壤的总硝化速率与影响因素进行分析，发现研究区强烈的蒸散发作用使土壤中Cl-、NO3-呈活塞式分布。总硝化速率有一定的变化规律，不同植被覆盖类型的土壤的总硝化速率有较大的差别，但由于荒漠区干旱少雨，植被覆盖率较低的原因，土壤的总硝化速率值偏低；深层土壤的总硝化速率明显低于表层土壤。而反硝化作用及其微弱，测定值接近仪器的测定极限，主要是因为研究区含水率极低，通气性较大，不能提供反硝化作用发生所需要的环境条件。采用LEACHM模型进行模拟和校正。确定补给率和水流和溶质运移的响应进程对于量化人类活动对于地下水补给和地下水质的影响是至关重要的。主成分分析和LEACHM结果的契合加强了对于补给率计算时平衡态的有效选取和验证，特别是CMB方法的应用。但由于城市和农业扩张（人类活动）极大的影响了地下水的数量和质量以至于水化学改变比正常情况下发生的更快速。