包头地区大气降水_D和_18_O变化特征浅析.doc

文章编号: 1003 － 7578( 2013) 05 － 157 － 文章编号: 1003 － 7578( 2013) 05 － 157 － 06 包头地区大气降水 δD 和 δ18 O 变化特征浅析* 刘君，郭华良，刘福亮，卫文，张琳，张向阳 ( 中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄 050061) 提 要: 大气降水中氢氧稳定同位素包含着水循环演化过程中的历史信息，对揭示水资源的形成及演化 机制具有重要的意义。文中根据包头站大气降水中稳定同位素和气象资料，分析了包头地区( 1986 － 1992 年) 大气降水的氢氧稳定同位素的变化特征及其与气温和降水之间的关系，发现该区氘盈余值 ( d) 具有冬季高夏 季低的特点，且 d 值接近全球大部分地区降水的 d 值( 10‰) 。该区大气降水中 δ18 O 值具有夏季高冬季低，δ18 O 的温度效应显著，而降水量效应只在夏半年( 4 － 9 月) 间显著。同时提出了包头地区当地大气降水线方程为 δD = 6． 4δ18 O － 4． 07，与全国及全球降水线方程相比，反映出干旱的气候特征。 关键词: 大气降水; 稳定同位素; 半干旱地区; 温度效应 中图分类号: P426． 6 文献标识码: A 大气降水作为地下水的主要补给来源之一，是自然界水循环过程中的一个重要环节。大气降水中氢 氧稳定同位素的组成及变化与气候、地理等多种因素密切相关，具有明显的时空变化特征，其对环境的变 化非常敏感，可以记录水循环演化过程中的历史信息，是示踪天然水起源的可靠标记［1，2］。研究大气降水 中的氢氧稳定同位素组成及其变化特征有助于了解水汽来源及运动路径，从而为进一步识别补给源和补 给区、分析流域水的季节性变化及不同水体的混合特征、揭示含水层之间水力联系、重建古气候和古水文 状况等提供依据。 自 20 世纪 50 年代，Dansgaard 对大气降水中的 δ18 O 进行研究以来［3］，大气降水的氢氧稳定同位素技 术在水文循环研究中得到了广泛的应用，特别是从 1961 开始，国际原子能机构 ( IAEA) 和世界气象组织 ( WMO) 合作，在全球范围内建立了降水中的氢氧稳定同位素观测网 ( GNIP) ，积累了丰富的基础资料，大 气降水中的氢氧稳定同位素的研究逐渐成为同位素水文学的核心科学问题之一，备受学者的关注，应用领 域已扩展到气候学、海洋学、冰川学、湖泊学、大气物理及其他地学领域［4］。我国大气降水监测工作始于 20 世 纪 80 年 代，之后陆续在区域或流域尺度以及局地台站等开展了研究工作，目 前 已 对 青 藏 高 原 区［5 － 7］，西北内陆［8，9］，西南季风区［10］、东部季风区［11］、长江流域［12］等区域和局地台站( 北京［13］、厦门［14］、 桂林［15］、乌鲁木齐［16］、宜昌［17］、广州［18］、张掖［19］等) 降水中的稳定同位素进行了分析研究，这些研究主要 分析了降水中同位素的各种环境效应，为研究水循环特征提供依据。由于我国地域辽阔、地形复杂，各地 区之间气候要素、地理条件差异较大，其大气降水稳定同位素组成特征值也随之而异，因此，要详细了解我 国大气降水稳定同位素的特征，还需要多区域原始资料的积累。包头地区位于内蒙古自治区的中西部，是 主要的工业城市，该区水资源相对短缺，地下水资源是该区的主要供水水源。近年来，随着城市发展和工 农业生产规模的扩大，对地下水资源的需求量日益增加，由于超量开采地下水，导致地下水水位大幅度下 降，水质恶化。目前面临的重点和核心问题是地下水的可持续利用，所以地下水来源的研究备受关注。而 氢氧稳定同位素方法可以有效的指示地下水的来源。由于包头地区深居内陆地区，远离海洋，属于半干旱 中温带大陆性季风气候，其蒸发作用强烈，使得水分内循环对同位素演化的影响十分明显，而目前关于包 头站大气降水中稳定同位素的变化及其影响因素的分析还较少，基于上述原因，文中在利用国际原子能机 构( IAEA) 和世界气象组织( WMO) 公布的包头站的观测资料的基础上，主要探讨该区大气降水的氢氧稳 * 收稿日期: 2012 － 5 － 17。 基金项目: 中国地质科学院水文地质环境地质研究所基本科研业务费项目( SK201003) 资助。 作者简介: 刘君( 1980 － ) ，女，研究实习员，主要从事同位素水文地质研究。E － mail: huilingjun69@ 163． com 定同位素的变化特征，分析气温和降水量等对降水中同位素组成的影响，为进一步深入研究该区水分来源变化及其地下水循环规律奠定基础，从而为实现包头地区地下水资源的合理开发利用和水环境安全调控 等提供参考和依据。1材料与方法包头地区大气降水的