天山北麓地下水的来源与近40年来的水化学水量演化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李向洁 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 朱秉启 |
| 关键词 | 天山北麓地下水 可持续性 补给来源 水化学环境演化 人类活动效应 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 天山北麓地处“中亚水塔”的关键绿洲平原区，是我国西北干旱区的重要经济带与生态廊道。地下水作为维系天山北麓生态安全与经济发展的重要资源，近年来正面临严峻的持续性衰退危机，导致天山北麓已是中国地下水储量下降最为严重的地区之一。为了天山北麓地下水资源的未来发展，亟需厘清的关键问题是：天山北麓各个流域目前开采的地下水是否可持续？该问题涉及到地下水的形成年龄、补给来源和演变过程。 为了回答以上问题，本研究基于野外采集天然水样数据、近40年水化学长期观测数据与GRACE卫星数据，对天山北麓地下水的来源与近40年的演化展开探讨。结合采样数据，分析了地下水的放射性氚（3H）同位素、各类型水的稳定性氢氧同位素及水化学离子组成，以探讨地下水的年代学特征与补给来源。同时，结合天山北麓近40年地下水化学长期观测数据与GRACE卫星数据，探讨了地下水化学环境与地下水储量（Groundwater Storage, GWS）的演变规律，以及气候变化和人类活动对二者的影响。目前得出以下结论： （1）天山北麓地下水样的3H介于<1.3TU（检测限）至36.9TU之间，基于现代大气降水的氚值估算，3H<1.3TU视为年龄>70a的古水，3H≥1.3TU视为现代水。不同流域地下水年龄3H值差异较大，艾比湖流域的地下水样中，一半水样3H<1.3TU，为古水；其他水样3H值在1.7~2.0TU之间，为64~69a的现代水。中段诸河流域（包括玛纳斯河、呼图壁河、头屯河、乌鲁木齐河等）地下水3H值为2.1~36.9TU；其中玛纳斯河子流域地下水3H值为9.2~36.9TU，年龄<31a，为研究区地下水最“年轻”的流域；其他子流域的地下水3H值为2.1~11.2TU，年龄为28~69a。东段诸河流域（包括吉木萨尔县、奇台县、木垒县内的河流）上游地下水3H值为15.8~18.4TU，年龄为8~10a；下游绿洲平原地下水样中，大部分水样3H<1.3TU，为古水，另有1个水样3H=3.2TU，为古水与人类农业用水的混合水。巴伊盆地的地下水样3H值为2.8~3.8TU，年龄为65~70a。 （2）天山北麓地下水δD值范围为-101.53‰~-61.34‰，均值为-75.15‰，δ18O值范围为-14.07‰~-9.23‰，均值为-10.93‰。地下水δD和δ18O的二元关系趋势线斜率为8.35，大于当地大气降水线斜率7.10，即基本不受到降水的直接下渗补给。地下水化学类型以SO4·Cl-Na、SO4·Cl-Ca·Na型水为主，Gibbs图显示岩石风化作用控制着地下水的化学组成，其中蒸发岩溶解和硅酸盐岩风化为其主导的岩石风化作用。结合河水与地下水的δD、δ18O、水化学组成及地下水的3H推断，艾比湖流域与东段诸河流域下游平原的地下水大多为古水，不受到现代河水的补给，基本不具备可持续性；巴伊盆地地下水虽非古水，但年龄较老，也不受到现代河水的补给，可持续性较弱；东段诸河流域上游与中段诸河流域地下水均为现代水，部分受到现代河水的补给，可持续性相对较强，其中玛纳斯河子流域的地下水可持续性最高。 （3）天山北麓中部近40年来地下水化学环境的演化表现为，pH中位值从7.50增至7.92，增长速率为0.017·a-1（p<0.01），TDS中位值从659.96 mg/L降至443.19mg/L，下降速率为7.04mg/L·a-1（p<0.01），即呈现碱性增强，水体“淡化”的趋势。从多种因素分析以上趋势的原因，水体“淡化”方面，研究区玛纳斯河区、呼头乌区、阜吉奇区与木垒河区四个区域的地下水监测点显示，地下水埋深的显著下降速率分别为0.22m/a、1.47m/a、1.32m/a与0.99m/a，导致逐渐开采到低矿化度的深层水，即地下水位下降是水体“淡化”的主要原因。碱性增强方面，水位下降导致各区域地下水CO2分压（pCO2）显著降低（p<0.01），水体发生CO2脱气作用，导致其H+含量减少，是地下水碱性增强的主要原因。以上趋势并不是水体向好发展的表现，而是加剧了地下水的不可持续性发展。 （4）对天山北麓地下水储量（GWS）的详细变化趋势进行分析，发现近40年来，GWS总体呈逐年下降趋势，平均下降速率为0.31cm/a。在空间差异上，17.3%的区域呈显著上升趋势，其中额敏河流域占比9.1%，冰川区域占比8.2%，82.7%的区域GWS呈显著下降趋势。GWS下降的主要原因是人为用水量的增加，影响程度约为72%，自然因素对其影响程度仅为28%，且冰川融水对其补给非常有限。对比全球其他区域发现，人为因素基本主导着干旱及半干旱地区地下水资源的未来走向。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 174 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217288]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李向洁. 天山北麓地下水的来源与近40年来的水化学水量演化研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。