伊犁河谷地特殊的地质地貌条件和气候特征,使得其在西北干旱内陆区成为一特殊的“丰水区”,区内地下水补给条件和不同水体的转化成为水文地质研究的重点。此外,作为中亚最为干旱的巴尔喀什湖盆地的组成部分,伊犁河谷地内水资源的合理开发利用已引起国内外的高度关注。因此,全面了解伊犁河谷地内地下水的补给、流动模式及水体转化特征,是维持生态环境的重要因素,对区域地下水资源可持续利用具有重大意义。基于地下水和地表水中的同位素和水化学信息能表征不同水体的循环和转化过程的特点,本文主要采用同位素法、水化学法、水动力法等,进行地下水和地表水的年龄及补给流动模式的研究,并探索地下水和地表水的相互联系及转化过程。在充分研究伊犁河谷区域地质和水文地质条件等成果后,以区内大气降水、地表水和地下水的同位素和水化学信息的季节变化为出发点,系统确定了伊犁河谷内地下水的年龄和结构,识别出地下水和地表水的补给源和补给模式,刻画出地下水的流动模式,定量评估了区内地下水和地表水的相互转化关系。本论文首次系统确定了伊犁河谷地下水年龄的计算方法和年龄分布,定量化分析了伊犁河及其支流和沿线地下水的季节联系和转化,完善了伊犁河谷地下水、地表水循环的认识,为干旱区地下水和地表水的循环和转换研究提供了基础,为伊犁河谷内地下水和地表水的可持续开发利用提供依据。取得的成果如下所述:(1)确定了研究区内地下水的年龄分布特征及空间结构。利用CFCs、85Kr和3H测定了全区潜水的年龄,结果表明潜水年龄在南、北山前为8a,向平原内部逐渐增大,在伊犁河附近潜水可增至60a以上。利用14C方法测定了承压水的年龄,结果反映出承压水年龄范围为数千年至数万年,随着承压水向平原中部流动,承压水的年龄逐渐增大,至伊犁河沿岸年龄达到最大。随着地下水径流,地下水的年龄表现出水平方向和垂直方向均增大的现象,反映出区内地下水在水平流动的同时接受了垂向补给的特征。(2)识别了河谷平原地下水的补给源并揭示了地下水的补给机制。大气降水、河水、灌溉水和山区地下水是平原区地下水的四种补给源,补给模式主要为:1)山前河流的入渗补给:出山沟谷处季节性河流在山前的快速入渗;2)山区地下水的侧向径流补给:山区沟谷潜流和侧向径流补给;3)平原区河流的入渗补给:常年性河流在平原区内入渗补给含水层;4)灌溉水的入渗补给:灌区内渠系渗漏和灌溉水的入渗补给;5)大气降水的入渗补给:河谷平原区内的降水入渗补给。山前平原区,河流入渗量占地下水补给量的50%左右,山区地下水的侧向径流补给占40%左右,大气降水仅占10%。在平原内部,地表水的入渗占地下水补给的40～50%,主要分布在农灌区,大气降水占10%左右。(3)刻画出三类地下水流动系统:浅部循环的局部水流系统、中等深度循环的中间水流系统和深部循环的区域地下水流系统。局部水流系统主要形成于山前平原和平原内部灌区的浅部,地下水年龄小于60a。在山前区,循环深度小于200m,在灌区,循环深度一般为60～80m。中等深度循环的中间水流系统存在于山前局部水流系统以下,终止于三级阶地或二级阶地,地下水年龄大于60a,水化学类型主要为SO_4·HCO_3型。深循环区域地下水流系统存在于深部承压含水层中,表现为自南北两侧山前向伊犁河方向流动的特征,地下水年龄可从1ka增大至20ka,地下水类型通常为SO_4·HCO_3型。(4)识别出了伊犁河径流组成及其和地下水的定量转化关系。在伊犁河源头的东部山区,河流主要以冰雪融水和大气降水补给为主,占地表河流径流总量的90%以上,山区地下水的补给量小于10%。进入平原内部,伊犁河水主要靠上游来水和沿岸地下水的排泄维持,占河流径流量的90%左右。在伊犁河出境前的三道河水文站处,伊犁河径流量主要由上游雅玛渡站来水和沿岸地下水的排泄维持,占径流量的95%以上。