水资源与水环境问题是当今社会快速发展过程中面临的严峻问题,而水体氢氧氧稳定同位素和水化学特征的研究能够揭示流域内水环境现状和水循环方式,有利于水资源的合理利用与保护。位于陕西省西安市周至县的黑河是西安市重要的水源地,水资源和水环境问题影响着当地人们的生活。鉴于此,本文选择西安市水源地黑河流域汇水区作为研究区,于2014年9月～2016年8月系统地采集流域内大气降水、河水和地下水样品,通过氢氧稳定同位素、物化指标和水化学数据,结合区域的水文和地质概况资料,根据获得的气象数据和历史数据资料,进行样品的氢氧稳定同位素和水化学特征的分析,所得研究结论如下:(1)西安黑河源区的大气降水氢氧稳定同位素具有春季高、夏秋低的季节变化特征,春季同位素波动范围最大,与复杂的水汽来源和气温变化较大有关。流域内全年局地大气降水线方程为δD=7.38δ180+8.78(R2=0.97),不同季节的大气降水线斜率有所差异,表明水汽经历不同程度的蒸发分馏作用。降水的δ18O在春季的温度效应较显著,在全年尺度上不具有温度效应;夏季的δ180降雨量效应最显著,全年尺度上有微弱的降雨量效应;δ180的同位素海拔效应显著,随海拔升高的递减速率为-2‰/1km。大气降水的氘盈余(d)显示出秋冬季节高,春夏季节低的变化特征。河水和地下水蒸发线方程的斜率、截距均小于流域大气降水线,表明水体遭受了较强的蒸发作用;河水的氢氧稳定同位素变化范围较小,表明各补给来源对河水同位素有一定的调节作用,且河水的δ18O具有一定的海拔效应。地下水的氢氧稳定同位素变化最为稳定,表明其影响因素较为单一;受大气降水和河水同位素影响较大,不同年份的地下水同位素变化规律有所差异。(2)西安黑河流域源区大气降水的电导率和离子浓度均较低,表明大气降水的质量整体上较为清洁。降水的主要阴阳离子分别为SO42-和Ca2+,离子浓度具有干季高、湿季低的特点。由不同离子间相关性分析和主成分分析可知,大气降水离子成分来源可分为人为来源、海洋源和陆地源,其中NO3-、SO42-和NH4+代表人类活动贡献源,占比30.73%,Na+和Cl-代表海洋源贡献,Ca2+和Mg2+代表陆源贡献,海洋源和陆源贡献比相差不大。西安黑河流域汇水区河水呈弱碱性,电导率和溶解性固质TDS均较低,表明水质较为清洁。河水的离子浓度随海拔的变化不是单一性的升高或降低,说明影响河水离子浓度的因素较为复杂。河水主要阴阳离子分别为HCO3-和Ca2+,由piper三线图可知河水水化学类型为Ca2+—Mg2+—HCO3-,结合Gibbs图分析可知,西安黑河汇水区河水主要受碳酸盐类岩石风化作用控制。不同离子浓度的相关性和比值关系表明,Ca2+和Mg2+主要来自石灰石和白云石风化作用,SO42-来自石膏风化作用和人类活动输入,Na+和K+主要来自长石风化水解,大气降水及人类活动也有一定影响,Cl-来源有大气降水和农业活动,NO3-主要来自氮肥使用和生物质燃烧。(3)流域内大气降水、河水和地下水之间关系密切,基于氢氧稳定同位素分析,表明大气降水是河水和地下水的最终补给源,河水对大气降水的补给有一定的响应作用,地下水和河水变化有很好的同步性。使用基于δ18O和Cl-参数的二端元混合模型图,以及基于质量守恒的二端元混合模型计算法,半定量估算了西安黑河流域汇水区的河水不同季节补给来源的比例,结果为夏、秋季节大气降水补给比例占71.63%和53.33%,冬、春季节地下水补给比例为86.47%和69.83%。依据大气降水和河水的水化学离子特征,使用基于质量平衡的海盐校正法,定量计算出秋季大气降水对河水的离子输送比例。结果为大气降水的Na+、K+、Mg2+、Ca2+和SO42-对河水的离子贡献率分别为52.95%、1.54%、8.32%、0.37%和2.39%,平均贡献率为13.11%。