中国自来水中氘盈余的时空变化及其水源指示意义

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氢氧稳定同位素作为天然示踪剂,在不同环境水体来源指示研究中有着广泛的应用。相对于直接关注氢或氧的稳定同位素比率(即δ2H或δ18O)而言,氘盈余(d=δ2H-8×δ18O)综合考虑了环境水体中氢和氧的稳定同位素,在反映蒸发过程和水体来源方面具有优势。自来水是人类社会接触较为广泛的水体,深入理解自来水中氘盈余的空间格局和时间变化及其水源指示意义,有助于认识水资源的源汇过程,为区域水资源管理政策的制定提供科学依据,从而促进人与环境的协调发展。目前,对中国自来水中氘盈余时空格局控制因素的认识尚不明确,对其在水源指示中的作用也缺乏足够的认识。鉴于此,本文基于覆盖全国的自来水同位素监测资料,对中国自来水中氘盈余的时空格局进行综合分析,并参考大气降水和地表水中的氘盈余数据对自来水中氘盈余的水源指示意义进行了研究。结果表明:(1)从中国自来水中氘盈余的季节变化规律来看,各分区氘盈余的中位数普遍表现为夏高冬低的趋势,但北方地区自来水中氘盈余的中位数相较于其它分区(西北地区、青藏地区和南方地区)而言相对偏低。根据空间插值得到的全国自来水中氘盈余空间分布图,发现自来水中氘盈余的高值区主要出现在西北地区西部与中部、青藏地区东北部和南方地区中部,各季节出现的自来水氘盈余高值区位置基本一致。各分区自来水中氘盈余与δ18O的相关性存在差异,表明氘盈余与δ18O的环境控制因素不完全相同。(2)考虑到大气降水是地表水和地下水的根本来源,进而构成自来水的主要水源类型,分析了自来水与降水之间氘盈余的差异。各分区自来水与降水中氘盈余的差值总体在夏季偏正(在西北地区尤为明显),即夏季自来水中氘盈余一般会高于当地降水中的氘盈余。在季节尺度和年尺度上,北方地区常出现较大面积的自来水与降水中氘盈余差值的低值区(尤其是降水相对较少的秋冬季更甚)。结合相关的统计年鉴资料发现,这些区域的地下水占当地供水总量的比例较高,而地表水比例相对较低。相比之下,在地表水占供水总量比例较高的南方地区,自来水与降水中氘盈余的差值一般表现为正值。西北地区夏季自来水与降水中氘盈余差值偏高可能与高山区降水和冰雪融水供给低海拔绿洲区使用有关。这些区域差异表明,自来水中的氘盈余可以为自来水水源类型(即地下水型或地表水型)识别提供参考。此外,选取代表性城市对比了自来水与降水中氘盈余的关系,发现有些城市自来水氘盈余与降水氘盈余相似,有些城市二者相差较大,其差异也在一定程度上反映了城市自来水水源地类型差异以及不同水文地质条件下的蒸发强度差异的影响。
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