不同水体氢氧同位素
生态水文学中的氢氧同位素分析
生态水文学中的氢氧同位素分析一、生态水文学基础生态水文学是研究地表水和地下水在生态系统中的过程及其生态效应的一门交叉学科。
它紧密结合了生态学、土壤学、气候学、水文学等多学科知识，是理解和管理自然水系统和生态系统的关键。
生态水文学的主要任务是评估水资源开发和利用的生态风险，确定生态保护与水资源利用的平衡点。
氢氧同位素分析在生态水文学中起着至关重要的作用。
氢氧同位素分析可以用来研究水循环、水稳定同位素的来源、改变和在不同地理环境中的分布规律，从而推断出水文地质特征和生态水文环境的演变历程。
二、氢氧同位素分析的原理氢氧同位素分析利用水稳定同位素中的氢原子和氧原子的不同相对丰度，确定不同水样之间的关系。
水稳定同位素分别表现为δD和δ18O，并且比常规微生物探测技术更为敏感和精确。
水的氢氧同位素分布不仅受到各种自然因素的影响，例如降水、蒸发、渗漏等，也受到人为活动等人为因素的影响。
因此，在生态水文学中，氢氧同位素分析可以用来追踪衡量水体和生物之间的互动关系，并进行相关研究。
三、氢氧同位素分析的应用1. 研究地面水循环地球的气候和水文循环以及全球变化要素之间的相互作用是复杂且错综复杂的，而氢氧同位素分析可以用来研究这些过程。
氢氧同位素分析可以直接检测地表水蒸发及水循环的过程。
通过分析δD和δ18O，可以推断蒸发水的重要性，了解水稳定同位素在雨水中的分布规律和地下水水文地质形态的特点，以及水循环的速率和过程。
2. 研究水的来源和变化氢氧同位素分析可以揭示水的来源和变化过程。
例如，在山区、平原、河流、湖泊和草地等不同地理环境中分别采集水样并进行分析，可以了解不同水体的来源及其变化过程。
氢氧同位素分析还可用于分析水与土壤、地下水及大气的相互作用，并推断水的运动方向和热力学变化。
3. 研究河流水生态环境河流是生态系统和水资源系统紧密联系的环节，而氢氧同位素分析则可以用来研究河流水生态环境。
氢氧同位素分析可以揭示河流的水源、流量和水文水质特征，指示河流水的循环和运动趋势，构建河流生态系统的重要网络。
04第四章(氢氧同位素)
1.氢氧同位素概述 2.天然水的氢氧同位素组成及分布特征 3.氢氧稳定同位素的应用
1概 述
1.1 氢、氧同位素的主要地球化学性质
氢和氧是自然界中的两种主要元素，它们 以单质和化合物的形式遍布全球。
冰雪的堆积与融化对海水同位素组成的影响
北极冰的δD值为-160 ‰，δ18O值为-22 ‰ ； 南极雪的δD 值为-440 ‰ ，δ18O为-55 ‰。
当极地有大量冰雪堆积时， 海洋水的同位素组成变重； 若全球冰雪融化，海洋水 的同位素组成变贫。 据计算海水的δ18O将降到 -1‰，δD降到-10‰。
降水线的斜率也是反映分馏程度的一个参数
1965年Craig和Gordon指出，云团的冷凝过程基本上属于平衡过程，没 有明显的动力分馏，分馏系数介于封闭的平衡蒸发和瑞利蒸发之间，因 此，全球降水线的斜率S＝8。
大量的研究证明，海水蒸发形成云团蒸气的过程实际上是一个动力过程， 蒸发速度受水－空气界面的扩散速度控制，而大气中的湿度、风速等因 素都会影响扩散速度。由于氢氧同位素分子有不同的扩散速度，所以得 到的斜率不等于8，而往往在5-6之间。由于受蒸发作用的影响而斜率小 于8。
2.4 地下水
1) 渗入水
不论古代还是现代，由大气降水补给的渗入水的同位素组成与其补给 源的大气降水的同位素组成相近，这是一种普遍的现象。在δD－ δ18O关系图上，数据点都落在世界降水线或地方降水线附近。
利用大气降水的高度效应，可以推测计算地下水补给区的高度和 位置。
穿过起伏较大的大陆边缘加拿大西部山脉降水的δ18O变化
-7.0
-8.0
《氢氧同位素》课件
地球表面水体中的氢氧同位素分布
地球表面水体中的氢氧同位素分布受到 多种因素的影响，如气候、地形、地质
等。
在不同地区和不同水体类型中，氢氧同 位素的分布存在差异。例如，在冰川和 雪水中，氢氧同位素的含量较低；而在 湖泊和河流中，氢氧同位素的含量较高
。
地球表面水体中的氢氧同位素分布对于 研究地球气候变化和地表水循环等方面
02 氢氧同位素的形成与转化
太阳辐射压的影响
太阳辐射压对地球大气层中的气体分子产生作用，使得氢氧同位素在大气中的分布 发生变化。
太阳辐射压对大气中氢氧同位素的影响程度与太阳辐射的强度、波长以及大气层的 厚度等因素有关。
在地球大气层中，太阳辐射压对氢氧同位素的影响较小，但在某些特定条件下，如 极地的高空区域，其影响可能会更加显著。
具有重要意义。
氢氧同位素的转化机制
氢氧同位素在大气、地表水体和地下水体等不同环境中的转化机制存在差异。
在大气中，氢氧同位素的转化主要受到太阳辐射压、温度和湿度等因素的影响；而在地表水 体和地下水体中，氢氧同位素的转化还受到水流、地质构造和生物作用等因素的影响。
了解不同环境中氢氧同位素的转化机制对于研究地球化学循环和水文循环等方面具有重要意 义。
岩石年代测定
氢氧同位素可以用来确定岩石的形成年代。通过分析岩石中矿物和玻璃质中的氢 氧同位素比率，可以推算出岩石的冷却时间和地质年代。
火山岩年代测定
火山岩中的氢氧同位素比率也可以用来确定其形成年代。通过分析火山岩中的矿 物和玻璃质中的氢氧同位素比率，可以了解火山活动的历史和地质年代。
04 氢氧同位素在其他领域的 应用
气候变化研究
通过氢氧同位素技术，深入理解气 候变化的机制和过程，为应对气候 变化提供支持。
同位素相关信息
氢、氧为分布最广的元素,氢、氧同位素研究涉及宇宙、月球、地球各层圈,包括岩石圈、水圈、气圈,特别是各种各样水的氢、氧同位素研究,它对多种成岩成矿作用过程及物质来源具有重要意义。
7.3.1水的氢、氧同位素组成一、大自然之中的氢氧同位素自然界氢有H,D和极微量的氚三种同位素,相对丰度为99.9844%和0.0156%。
氢同位素相对质量差最大,同位素分馏也最明显。
氧有16O,17O,18O三种同位素,其相对丰度为99.762%、0.038%,0.200%。
1.大气水大气水、或雨水,是指新近参加大气循环的雨、雪、河、湖、地下水等一类水的总称。
大气水的同位素组成变化幅度大,δD值从+50到-500‰,δ18O从+10到-55‰,总的讲大气水比海水贫D和18O。
大气水的同位素组成呈有规律的变化:从赤道到高纬度地区、从海洋到大陆内部、从低海拔到高海拔地区,重同位素的亏损依次递增,构成所谓的纬度效应,大陆效应和高度效应,以及季节效应,降水量效应等。
这是由于水在蒸发、凝聚过程中的同位素分馏293效应,蒸发时轻同位素优先汽化,凝聚时重同位素优先液化,随着蒸发、凝聚过程的不断进行,造成轻同位素在逐渐增加。
雨水线方程或Craig方程大气水同位素组成的另一特点是δD和δ18O之间有明显线性关系,有δD=8δ18O+10 (7.9)称为雨水线方程或Craig方程,如图7.1所示。
这个方程的实质是:在T=25℃时,亦即:δ18O水-δ18O汽=9.15 δD水-δD汽=71.4 将上两式相除,即可得Craig方程。
因此方程中的斜率反映了同位素平衡条件下水汽二相氢、氧同位素富集系数之比,而截距则反映了汽相中氢、氧同位素组成的绝对值差。
但如果只考虑海水蒸发和大气凝聚的平衡过程,则δ18O海水≈0,δD海水≈0,处于平衡水汽中的δ18O汽=-9.14,δD汽=-74,应该是δD水=8δ18O,没有截距,不完全符合Craig方程,可见式(7.9)是考虑了分馏的动力学特征。
吉兰泰盐湖氢氧同位素及湖水来源分析
吉兰泰盐湖氢氧同位素及湖水来源分析崔蕊;汪季;张成福;史小红;韩知明【摘要】研究内蒙古吉兰泰盐湖流域不同水体的同位素,分析判断其水分补给来源特征.采用氢氧稳定同位素方法和水化学特征法,研究了吉兰泰盐湖稳定同位素δ18 O和δD特征.结果表明:吉兰泰盐湖δD、δ18 O平均值为-47.86‰和-6.4‰,黄河水δD、δ18 O的平均值分别为-59.95‰和-7.7‰,水库水δD、δ18 O的平均值分别为-59.26‰和-5.4‰,浅层地下水δD、δ18 O的平均值分别为-69.69‰和-9.3‰,深层地下水δD、δ18 O的平均值分别为-82.7‰和-10.85‰;吉兰泰盐湖蒸发趋势线方程为δD=7.54δ18 O+1.87(R2=0.96).湖水的氢氧同位素值最大,其次为水库水、黄河水和浅层地下水,深层地下水氢氧同位素值最小;大气降水对地下水直接补给作用很小,黄河水补给方式为侧渗;西侧的巴彦乌拉山和南侧的贺兰山都以地下水的形式补给吉兰泰盐湖.【期刊名称】《内蒙古林业科技》【年(卷),期】2019(045)001【总页数】5页(P17-21)【关键词】吉兰泰盐湖;地下水;氢氧同位素;氘盈余;离子【作者】崔蕊;汪季;张成福;史小红;韩知明【作者单位】内蒙古农业大学沙漠治理学院,内蒙古呼和浩特 010011;内蒙古农业大学沙漠治理学院,内蒙古呼和浩特 010011;内蒙古农业大学沙漠治理学院,内蒙古呼和浩特 010011;内蒙古农业大学沙漠治理学院,内蒙古呼和浩特 010011;内蒙古农业大学沙漠治理学院,内蒙古呼和浩特 010011【正文语种】中文【中图分类】P342在水循环过程中，受同位素分馏作用的影响，时空分布异质性在各种水分的氢氧稳定同位素组成中也较为广泛。
通常，不同的水体往往具有不同的氢氧稳定同位素特征。
目前，氢氧稳定同位素在诸多领域都有涉及，例如，示踪大气水分的来源以及大气水分的运移[1]、地表水的蒸发蒸腾[2]、河流和地下水补给来源的判定[3]等。
深海水文氢氧同位素记录及其环境意义研究
深海水文氢氧同位素记录及其环境意义研究深海是一个充满神秘和未知的领域，其内部环境受到地球上多种因素的影响，包括大气、海洋、岩石、生态等。
其中，深海水文环境通过观测海水物理、化学和生物状况等数据，能够对大气环境、全球气候和海洋生态等方面提供重要的参考依据。
而深海水文氢氧同位素作为一种重要的地球化学记录手段，具有一定的研究价值和应用前景。
一、氢氧同位素研究原理及特点氧分子主要有三种同位素氧16、氧17和氧18，不同的同位素在热力学稳定原理下在水分子中分布比例有着天然存在的差异，因此可以用来分析水的来源和性质。
同样，氢同位素也具有类似的特点，不同的氢同位素在不同的水体中的含量比例也不相同。
因此，通过研究深海水文氢氧同位素，可以确定海水的来源和区域，分析海水的运动特征等。
二、深海水文氢氧同位素的记录深海水文氢氧同位素的观测是通过收集深海的水样来进行的，利用高分辨率的质谱仪和气体比例仪等设备对水样中的同位素含量进行分析。
由于深海水文环境相对稳定，因此深海水样可被用于长时间跟踪监测，并可用于比较不同时期的氢氧同位素含量。
三、深海水文氢氧同位素记录的环境意义1、生态环境深海水文氢氧同位素的记录可以对洋流和海水环境的变化进行分析，从而推测海洋生态环境的变化趋势。
比如，可以通过对氢氧同位素的分析，研究深海水的热力学稳定性，推断海水水团运动的方向。
同时，氢氧同位素的变化也揭示了深海中生物生长和代谢的变化趋势。
2、全球气候深海水文氢氧同位素在反映全球气候变化过程中的作用是非常显著的。
氢氧同位素存在于不同形式的水体中，如地表水、地下水、大气水汽和海水等，从而反映了地球气候变化的过程。
其中，海水中的氢氧同位素可以表征全球气候的变化趋势，并揭示全球海洋水圈变化的机制。
3、矿床资源深海中存在着许多重要的矿床资源，如金属矿产、碳酸盐矿物、硫化物矿物等。
这些矿物储藏量不仅巨大，而且潜藏在深海中，因此具有更高的开采成本和技术难度。
新集矿区不同水体氢氧同位素特征及其指示意义
新集矿区不同水体氢氧同位素特征及其指示意义廉法宪1 储成想1 姜春露2（1.中煤新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232170； 2.安徽大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230601）摘 要新集矿区地表水蒸发作用较强，相对富重氢氧稳定同位素，d 值较高，松散层水和煤系砂岩水蒸发较弱，相对贫重氢氧稳定同位素。
新生界松散层水是亚现代水与近期补给水的混合，新集一矿和二矿煤系砂岩水主要为亚现代水或亚现代水与近期补给的混合水，而新集三矿、刘庄矿和板集矿存在新生界松散层现代水对砂岩裂隙含水层的补给。
关键词氢氧同位素 新集矿区 地下水 地表水中图分类号 P597 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2020.01.063Characteristics of Hydrogen and Oxygen Isotopes of Different Water Bodies in Xinji MiningArea and Their ImplicationsLian Fa-xian 1 Chu Cheng-xiang 1 Jiang Chun-lu 2(1. China Coal Xinji Energy Co., Ltd., Anhui Huainan 232170;2. School of Resource and Environmental Engineering, Anhui University, Anhui Hefei 230601)Abstract : The surface water evaporation in Xinji mining area is stronger, comparing with rich hydrogen and oxygen stable isotope, d value is higher; the evaporation of the water from loose layers and coal measures sandstone is weak, relative to poor hydrogen and oxygen stable isotope. The Cenozoic loose zone water is a mixture of sub-modern water and recent recharge water. The sandstone water of coal measures in Xinji No.1 and No.2 coal mines is mainly composed of sub-modern water or recently supplied mixed water, In Xinji No. 3 Mine, Liuzhuang Mine and Banji Mine, there is a supply of modern water from the Cenozoic loose layer to the sandstone fracture aquifer.Key words : hydrogen and oxygen isotope Xinji mining area groundwater surface water收稿日期 2019-07-13作者简介 廉法宪（1968-），男，吉林通化人，高级工程师，从事矿井地质及水文地质工作。
水样同位素溯源
水样同位素溯源一、概述水样同位素溯源是一种利用水中同位素的特征来追踪水源和水循环过程的技术。
同位素是指原子核中质子数相同但中子数不同的同一元素，如氢元素存在三种同位素：氢-1、氢-2、氢-3。
这些同位素在自然界中存在不同的比例，通过测量这些比例可以对水体进行溯源。
二、常见的水样同位素1. 氧同位素氧元素存在两种稳定的同位素：氧-16和氧-18。
其中，氧-18含有2个中子，相对于氧-16更重。
在自然界中，含有氧-18的水分子比例较低，而含有氧-16的水分子比例较高。
因此，通过测量水样中这两种同位素之间的比值，可以确定水体来源和循环过程。
2. 氢同位素与氧元素类似，氢元素也存在多个稳定的同位素：氢-1、氢-2和氢-3。
其中，重水（D2O）是由一个质子和一个中子组成的稳定性较高的形式。
通过测量水样中这三种同位素之间的比值，可以确定水体来源和循环过程。
3. 碳同位素碳元素存在两种稳定的同位素：碳-12和碳-13。
在自然界中，含有碳-13的水分子比例较低，而含有碳-12的水分子比例较高。
因此，通过测量水样中这两种同位素之间的比值，可以确定水体来源和循环过程。
三、水样同位素溯源的应用1. 水源地判定通过测量水样中氧同位素、氢同位素和碳同位素之间的比值，可以确定水体来源。
这对于判断某一区域的地下水或地表水是否受到污染以及污染物来源具有重要意义。
2. 水循环研究通过测量不同地点、不同时期的水样中氧同位素、氢同位素和碳同位素之间的比值，可以了解不同区域和不同时期的降雨情况、蒸发情况以及地下水与地表水之间的相互作用关系。
3. 水资源管理通过对自然界中各种类型水体（如降雨、河流、湖泊、地下水等）中氧同位素、氢同位素和碳同位素之间的比值进行分析，可以对水资源的利用和管理提供科学依据。
四、水样同位素溯源技术的优势1. 高灵敏度：水样同位素溯源技术可以非常精确地测量水样中不同同位素之间的比值，因此对于微量污染物的检测具有很高的灵敏度。
白洋淀地表水和地下水的稳定氢氧同位素特征
白洋淀地表水和地下水的稳定氢氧同位素特征何明霞1，2，张兵1，王义东1，王中良1（1.天津师范大学天津市水资源与水环境重点实验室，天津300387；2.天津师范大学地理与环境科学学院，天津300387）摘要：为解析白洋淀湿地各水体的氢氧同位素组成特征，探究水体来源，采集了白洋淀地表水及周边地下水的水样，测定了水样中稳定氢氧同位素（δD 、δ18O 和δ17O ）的值，并运用数理统计等方法分析了δD 、δ18O 和δ17O 的相互拟合关系.结果表明：δD 、δ18O 和δ17O 的变化范围分别为0.815% ~8.517%、0.107% ~1.152%和0.056% ~0.606%；地下水中稳定氢氧同位素的变化范围最大，河水与淀水中稳定氢氧同位素较地下水中的同位素富集；由于强烈的蒸发作用，白洋淀地区水体的同位素在4月枯水期较9月丰水期富集；白洋淀水体δD 与δ18O 的拟合关系线为δD =5.777δ18O +16.264（R 2=0.986），δ17O 与δ18O 的关系为δ17O =0.526δ18O +0.013（R 2=1.000）；氘盈余值为0.25%，17O 盈余值为0.003%，丰枯水期17O 盈余值的差异表明白洋淀水体的主要来源发生了变化.关键词：白洋淀；地表水和地下水；稳定氢氧同位素；氘盈余；17O 盈余中图分类号：P342文献标志码：A文章编号：1671-1114（2020）06-0062-06Stable hydrogen and oxygen isotopic characteristics of surface water and underground water in Baiyangdian LakeHE Mingxia 1，2，ZHANG Bing 1，WANG Yidong 1，WANG Zhongliang 1（1.Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Water Environment ，Tianjin Normal University ，Tianjin 300387，China ；2.School of Geographic and Environmental Sciences ，Tianjin Normal University ，Tianjin 300387，China ）Abstract ：In order to analyze the characteristics of hydrogen and oxygen isotopic composition of water in Baiyangdian wetland and explore the source of the water ，the stable hydrogen and oxygen isotopes （δD ，δ18O and δ17O ）in the water were determined ，and the fitting relationship among δD ，δ18O and δ17O was analyzed using mathematical statistics and other meth -ods by collecting the water samples of underground water and surface water around Baiyangdian Lake.The results show that the range of δD ，δ18O and δ17O values are 0.815%-8.517%，0.107%-1.152% and 0.056%-0.066%，respectively.The iso -topic distribution range of underground water is the widest ，while the stable hydrogen and oxygen isotopes in river water and lake water are more concentrated than those in the underground water.The isotope of the water in dry season （April ）is more concentrated than that in the wet season （September ）due to strong evaporation.The relationship between δD and δ18O of water in Baiyangdian is δD =5.775δ18O +16.290（R 2=0.986）.The relationship between δ17O and δ18O is δ17O =0.526δ18O +0.013（R 2=1.000）.The average value of deuterium excess and 17O -excess are 0.25% and 0.003%，respectively.The difference of the17O -excess value between the dry seasons and wet seasons indicates the different main water source of Baiyangdian Lake.Keywords ：Baiyangdian Lake ；surface water and underground water ；stable hydrogen and oxygen isotopes ；deuterium -excess ；17O -excessdoi ：10.19638/j.issn1671-1114.20200610第40卷第6期2020年11月天津师范大学学报（自然科学版）Journal of Tianjin Normal University （Natural Science Edition ）Vol.40No.6Nov.2020收稿日期：2020-03-22基金项目：国家自然科学基金资助项目（41971037）；天津市应用基础与前沿技术研究资助项目（15JCQNJC44200）.第一作者：何明霞（1994—），女，硕士研究生.通信作者：张兵（1983—），男，副研究员，主要从事水资源与水环境方面的研究.E -mail ：******************.cn.白洋淀是华北平原最大的淡水湖泊，对京津冀以及华北地区的气候调节和生态平衡具有重要作用.白洋淀湿地面积的主要控制因子为地表水位[1].1979年以来，白洋淀上游来水不断减少，中游河道长期断流，导致白洋淀水位下降，蓄水量减少，水面面积萎缩[2-3].由于白洋淀地区地表水和地下水水力联系紧密[4]，且白第40卷第6期洋淀的渗漏补给了周边浅层地下水，影响着地下水的水量和水质[5].因此，研究白洋淀地区的水文过程，特别是地表水和地下水的相互关系，是解析白洋淀水问题的基础.稳定氢氧同位素（δD 、δ18O 和δ17O ）是水循环过程的天然示踪剂，广泛用于研究水文循环过程[6].宋献方等[7]依据氢氧同位素及水化学成分，判明了地下水的补给来源与各含水层的相互关系；徐敬争等[8]通过计算氘盈余值发现湖水蒸发量占湖泊入湖水量的比重是湖水氢氧同位素变化的主要控制因素；朱世丹等[9]系统分析了新疆艾比湖主要入湖河流季节性的水化学特征与氢氧同位素特征.Zhang 等[10]比较了成都地区降水的17O 盈余值与海水的17O 盈余值，发现成都的水汽来源由海洋气团主导；马兴刚等[11]分析了祁连山大气降水中δ17O 的特征，发现17O 存在显著的温度效应，且该区域大气降水主要受局地水循环和大陆气团控制.白洋淀地区的浅层地下水易受生态补水等环境变化的影响，且在人类活动影响强烈的地区，浅层地下水和深层地下水之间存在着相互交换[12-13].因此现有研究大多基于稳定氢氧同位素技术，利用δD 和δ18O 这2个指标研究白洋淀地区地表水和地下水的相互作用，而δ17O 的应用并不多见.如袁瑞强等[5]根据白洋淀地区浅层地下水的δ18O 值，结合水位埋深有效标记了淀水渗漏影响地下水的范围.但与传统的δD 、δ18O 和氘盈余（d -excess ）值相比，δ17O 和17O 盈余（17O -excess ）值在揭示水体来源方面更准确[14].因此综合稳定氢氧同位素（δD 、δ18O 和δ17O ）、氘盈余和17O 盈余信息，有利于全面研究水循环过程.白洋淀是雄安新区建设和京津冀可持续发展的重要生态基础.通过上游水库、南水北调中线和引黄工程等进行持续、长期的生态补水，一方面可以提升白洋淀湿地生态服务功能，另一方面生态补水的渗漏会改变区域地表水与地下水的相互关系.因此，本文以白洋淀为研究区，以南水北调中线首次向白洋淀补水为时机，通过野外采样和室内测试的方法，从稳定氢氧同位素示踪的角度，分析地下水、河水和淀水中δD 、δ18O 、δ17O 、氘盈余值和17O 盈余值的基本特征，探究白洋淀周边不同水体间的相互关系，进而为雄安新区白洋淀地区的水循环研究和水环境保护提供理论支持.1材料与方法1.1研究区概况白洋淀位于华北平原中部，地处京津保三角腹地（38°43′N ~39°02′N ，115°38′E ~116°07′E ），平均海拔7.6m ，正常年份水位为7.3~8.5m ，水域面积336km 2，淀区地势平坦，总体西北高东南低.该地区属温带大陆性季风型气候，流域年均气温约12.7℃，年平均蒸发量1369mm ，年均降水量为510mm ，75%的雨量集中在6—9月[2-3].白洋淀属海河流域大清河水系，由白洋淀和烧车淀等143个淀泊和3700多条沟壕组成，对维护华北地区生态环境具有不可替代的作用[15].近年来9条入淀河流中，只有府河常年有水，其余河流存在大面积季节性干涸和断流现象[16].《河北雄安新区规划纲要》提出，建立多水源补水机制，使白洋淀正常水位保持在6.5~7.0m ，白洋淀淀区水量逐步恢复至360km 2左右[17].为此，2022年前生态需水量为3×108~4×108m 3/a ；2022年后，随着流域和淀区生态环境治理目标的逐步实现，生态需水量保持在3×108m 3/a.2018年，白洋淀首次收到南水北调中线丹江口水库的生态补水，补水时间为4月14日—6月20日，白洋淀及其上游河道共获补水1×108m 3，是近十年来最大范围的补水[18].同时，2018年4月—2018年6月，王快和西大洋水库再次联合为白洋淀进行生态补水2.800×107m 3[19].地下水是华北平原重要的生产和生活用水水源.研究区域共有4个含水层组，第一和第二含水组（Ⅰ和Ⅱ）为浅层地下水含水层，深度为0~160m ，为农业灌溉的主要水源；第三和第四含水组（Ⅲ和Ⅳ）为深层地下水含水层，深度为330m 以下，主要为居民饮用水源.含水层之间主要为粉黏土，也夹杂有粉土[20].1.2样品采集为了获得白洋淀地区不同水体在不同季节的水体同位素特征，分别于2018年枯水期（4月10日—4月14日）和丰水期（9月19日—9月21日）采集地下水、河水和淀水样品共55组，采样点的具体位置如图1所示.图1研究区及采样点分布图Fig.1Location map for showing study area and the water sampling siteskm3.507何明霞，等：白洋淀地表水和地下水的稳定氢氧同位素特征Lake waterUnderground water River water RiverGovernment BaiyangdianF uR i ve rT a n gR i v er63··天津师范大学学报（自然科学版）2020年11月图1中，枯水期采集样品共19组，包括地下水3个（G1~G3）、河水7个（R1~R7）和淀水9个（L1~ L9）；丰水期采集样品36组，包括地下水16个（G4~ G19）、河水7个（R8~R14）和淀水13个（L10~L22）.地表水采自白洋淀淀水和入淀河水，地下水采自淀区周边用于农业灌溉和农村生活的水井中.采样前先抽取地下水5~10min，将水井中存水排出，以保证所采地下水的代表性.采集水样时，先将采样瓶放至水面以下30cm处，打开瓶盖用水润洗3次后再采集水样，确认瓶中没有气泡后，在水面下将采样瓶瓶盖旋紧后取出，用密封胶带封好瓶口并在瓶身做好标记，带回实验室测定相应指标.1.3同位素分析稳定氢氧同位素测定由液态水同位素分析仪（L2140-i，美国Picarro）完成，设置实验温度为25℃以避免因样品蒸发而造成的同位素分馏，测试结果以千分偏差值（δ值）表示，测量精度为δD＜0.01%、δ18O＜0.002%和δ17O＜0.002%.δ（%）=R sample-R standardR standard×100（1）式（1）中：R sample和R standard分别为被测样品和标准样品的同位素比率，标准样品为维也纳标准平均海洋水（Vienna standard mean ocean water，VSMOW）.Luz和Barkan[21]指出在处理多种同位素系统中的高精度比率时，应使用修正后的δ′=1000lnδ1000+1=ln R sampleR standard（2）1.4数据处理运用ArcGIS10.2软件制作采样点分布图.运用Excel对55组水样的实验结果数据进行整理，并计算δD、δ17O、δ18O、氘盈余和17O盈余的值.应用SPSS软件对各指标进行单因素方差分析（one-way ANOVA），采用F检验对每组数据进行显著性分析.2结果与分析2.1水体中稳定氢氧同位素组分地下水、河水和淀水3种水体在不同采样日的δD、δ17O、δ18O、氘盈余和17O盈余值如表1所示.由表1可以看出，55份水样δD和δ18O值的变化范围分别为-0.82% ~-8.52%和0.107% ~-1.152%，均值为-5.22%和-0.620%.δD的标准差（2.11%）大于δ18O的标准（0.363%）.表1白洋淀地表水和地下水的氢氧同位素组分Tab.1Hydrogen and oxygen isotopic component of surface water and underground water in Baiyangdian LakeVariableApril SeptemberδDδ18Oδ17O d-excess17O-excessδDδ18Oδ17O d-excess17O-excessGroundwater Mean-4.95-0.537-0.287-0.643-0.0017-7.58-1.020-0.5360.5860.0026 Standard deviation 1.550.2360.1170.3890.00600.6500.0920.0480.1140.0011River water Mean-2.68-0.172-0.086-1.3000.0045-5.59-0.732-0.3830.2630.0032 Standard deviation0.980.1810.0950.4490.00210.740.1090.0570.3390.0009Lake water Mean-3.20-0.264-0.140-1.0880.0001-4.93-0.580-0.303-0.2960.0024 Standard deviation 1.980.3170.1700.5480.0057 1.140.2140.1120.6370.0015 F0.210.2020.2150.1590.203 3.213** 3.187** 3.511** 1.473**0.085%Note：**means P<0.01，reaching a very significant level.此外，不同水体中δD值的变化幅度最大，δ18O和δ17O值的变化幅度较小.地表水稳定氢氧同位素值大于地下水，地下水中稳定氢氧同位素最为贫化.淀水和河水的同位素组成相对富集，且由于河水和淀水的水系是连通的，因此二者各同位素值间无显著差异.这一结果与孔晓乐等[22]所得白洋淀地区地表水稳定性同位素值较地下水富集的结论一致.单因素方差分析（one-way ANOVA）结果显示，各水体的稳定氢氧同位素值（δD、δ18O和δ17O）和氘盈余值在9月差异极显著（n=36，p<0.01），在4月无差异.在丰水期9月，同一水体的δD、δ18O和δ17O值均比枯水期4月的小，而氘盈余值比枯水期4月的大.3种水体中同位素的组成在枯水期富集，丰水期贫化，说明3种水体在枯水期存在强烈蒸发，造成同位素分馏.氘盈余值在枯水期4月的变化范围为-1.93% ~0.04%，平均值为-1.1%，在丰水期9月的变化范围为-1.54% ~ 0.79%，平均值为0.20%.地下水和淀水的17O盈余平均值在丰水期9月有所增加，而河水的17O盈余平均值有所下降.2.2氢氧同位素关系全球大气降水线（global meteoric water line，GMWL）[23]为δD=8δ18O+10，但由于气候和环境条件的差异，许多区域大气降水线与GMWL有所不同.Wang等[24]根据实验站的降水数据获得白洋淀地区的大气降水线64··第40卷第6期何明霞，等：白洋淀地表水和地下水的稳定氢氧同位素特征（local meteoric water line ，LMWL ）δD =6.54δ18O －2.711.图2为地表水和地下水的δD -δ18O 关系图.由图2可以看出，氢氧同位素呈离散带状分布表明各水体来源存在较大差异性.氢氧同位素最富集的水样为位于漕河的R3和R6以及孝义河附近的L7，其δD 和δ18O 值分布在散点图的右上方.此外，地下水δD 和δ18O 的值相对淀水和河水δD 和δ18O 的值较为集中，且大部分地下水δD 和δ18O 的值分布在散点图的左下方；而淀水和河水δD 和δ18O 的值较为分散.这说明地下水中氢氧同位素相对贫化，而淀水和河水中稳定氢氧同位素较为富集且变化范围较大.浅层地下水G3（井深20m ）与G19（井深50m ）的稳定氢氧同位素组成在地下水中最富集，其δD 和δ18O 值分布在散点图的中间.深层地下水δD 和δ18O 的值较小，集中分布在散点图的左下方.浅层地下水受到环境变化的影响，采样点的同位素值分布分散；深层地下水补给水源同位素贫化，且受环境变化的影响小，水样的同位素分布集中.9月水样δD 和δ18O 的值集中分布在散点图的左下方，4月水样δD 和δ18O 的值集中分布在散点图的右上方，说明9月白洋淀的水体稳定氢氧同位素值较4月贫化.图2中，利用55个水样的δD 和δ18O 值进行线性拟合，白洋淀地区蒸发趋势线为δD =5.777δ18O －16.264.地下水、河水和淀水的δD 和δ18O 关系分别为δD =5.824δ18O －16.639（R 2=0.919）、δD =5.281δ18O －17.480（R 2=0.981）和δD =5.710δ18O －16.513（R 2=0.976），淀水蒸发线与孔晓乐等[22]所得白洋淀淀水蒸发线δD =5.027δ18O －19.88（R 2=0.998）接近.蒸发线不同程度地偏离GMWL 和LMWL ，斜率值与截距均小于降水线，且所有水样δD 和δ18O 值均位于当地大气降水线的下方，这表明水体受到蒸发作用的影响[25].2.3氘盈余分析由Dansgaard [26]提出的氘盈余可以反映该地降水水汽源地的气象条件，以及水汽迁移路径中大陆蒸发水汽的情况[27]，全球大气降水中的氘盈余平均值为1%.图3为白洋淀各水体的δ18O-δD 关系图.由图3可以看出，55个水样的氘盈余值变化范围为-1.93% ~0.79%，平均值为-0.25%，氘盈余值与δ18O 值呈显著负相关（r =-0.956，P <0.01，n =55）.地下水、河水和淀水氘盈余的平均值分别为0.39%、-0.52%和-0.62%，强烈的蒸发作用导致淀水和河水的氘盈余值为负值.河水和淀水的氘盈余值变化范围分别为-1.93% ~0.65%和-1.70% ~0.62%，可以看出两者的氘盈余值均不同程度地偏离了全球大气降水线，而地下水的氘盈余值变化范围为-1.10% ~0.79%，且大部分氘盈余值在全球大气降水线附近，说明地表水受蒸发作用强烈，地下水受蒸发作用的影响较小.此外，由图3还可以看出，4月和9月水样的氘盈余值变化范围分别为-1.93% ~0.04%和-1.54% ~0.79%，平均值分别为-1.10%和0.20%，3种水体的氘盈余值均表现出明显的季节差异，这主要是因为4月和9月白洋淀水体的来源存在较大差异.4月基本无降水，水体来源主要为太行山山区地下水侧向径流补给以及部分水库调水，9月丰水期的主要补给源为上游水库调水、南水北调中线来水以及当地大气降水[28].2.417O 盈余分析由于17O 和17O 盈余有更低的温度敏感性，因此在水循环过程中所传递的信息远优于传统的D 和18O 同位素.但17O 在自然界中的丰度很低，测量难度大，故在水体研究中的应用较少.本文在D 和18O 同位素的基础上，加入17O 同位素的分析，对白洋淀地区水体的来源特征进行多角度分析.张兆吉等[20]基于全球多个国家和地区降水的δ18O 和δ17O 数据，得到氧同位素的全球图2地表水与地下水δD -δ18O 同位素关系Fig.2Relationship between δD and δ18O of surface waterand underground water0-10-20-30-40-50-60-70-80-90δD /%-122-10-6-4-2δ18O /%-80δD =6.541δ18O -2.711δD=8.176δ18O+10.565δD=5.777δ18O -16.264Groundwater in AprilGroundwater in September River water in AprilRiver water in September Lake water in AprilLake water in September Evaporation line LMWL GMWL图3白洋淀水样的氘盈余值分布Fig.3d value distribution of Baiyangdian Lake water samples-20-40-60-80δD /%-122-10-6-4-2δ18O /%-80d =10d =0d =-10d=-20Groundwater in AprilGroundwater in September River water in AprilRiver water in September Lake water in AprilLake water in September GMWL65··天津师范大学学报（自然科学版）2020年11月大气降水线δ17O =0.528δ18O+0.000033（R 2=0.999）.白洋淀地区δ18O 和δ17O 的关系为δ17O=0.526δ18O +0.013（R 2=1.000），斜率略低于全球大气降水线的斜率，表明白洋淀地区的大气降水主要来自海洋气团.分别对4月和9月水样的氧同位素组成进行回归拟合，得到4月和9月δ18O 和δ17O 的线性方程分别为δ17O =0.531δ18O+0.024（R 2=0.998）和δ17O =0.527δ18O +0.018（R 2=0.999）.图4为δ17O-δ18O 的关系图.由图4可以看出，9月水样的氧同位素回归方程的斜率（0.527）较4月的斜率（0.531）小，且接近全球大气降水线斜率（0.528），这主要是受到丰水期降水补给的影响.利用Uemura 等[29]定义的17O 盈余公式计算白洋淀地区3种水体的17O 盈余值.结果表明，白洋淀水体17O 值的范围为-0.009% ~0.015%，平均值为0.00274%，表明白洋淀地区水体受蒸发作用影响显著.4月和9月水体中的17O 盈余平均值分别为0.00097%和0.00275%，说明4月份水体蒸发比9月份强烈，从而使水体残留率降低，水体中的δ18O 值增加，17O 盈余值减小.由于地表水的补给源较复杂，使得地表水17O 盈余值较地下水波动更大、更偏正.地表水和地下水17O 盈余值的变化特征不同，具体表现为地下水和淀水的17O 盈余平均值从4月到9月有所增加，而河水的17O 盈余平均值从4月到9月有所下降，说明白洋淀地区水体的主要来源发生变化，导致17O 盈余值的变化.目前将17O 同位素技术应用于白洋淀水体方面的研究较少，本文为白洋淀地区的水体研究提供了17O 同位素的基础数据，但由于数据积累不足，无法充分地进行横向和纵向对比分析.3结论通过在野外采集枯水期和丰水期的水样，分析白洋淀地区地下水、河水和淀水中稳定氢氧同位素的特征，得到以下主要结论：（1）白洋淀地区水体中的同位素在枯水期富集，丰水期贫化.水体的δD 、δ18O 和δ17O 的变化范围分别为-0.815% ~-8.517%、0.107% ~-1.152%和0.056% ~-0.606%，河水和淀水中的稳定氢氧同位素比地下水富集.白洋淀淀区水体4月蒸发强烈，δD 、δ18O 和δ17O 值升高，丰水期降水和补水来源增多.（2）水体来源差异和蒸发作用程度影响着稳定氢氧同位素的组分.各水体的稳定氢氧同位素在丰水期差异极显著，从4月到9月，地下水、河水和淀水δD 、δ18O 和δ17O 的平均值降低，白洋淀水体δD 与δ18O 以及δ17O 与δ18O 的关系线均偏离大气降水线.（3）地表水和地下水的17O 盈余值变化特征不同，水体受蒸发作用影响显著，水体来源表现出强烈的季节性差异.稳定氢氧同位素δD 、δ18O 和δ17O 可从不同的维度解析水体蒸发作用和水体来源.白洋淀地区的浅层地下水与地表水水力联系紧密，且白洋淀水体补给来源丰富，在下一步的研究中，需要准确获取补给水源的同位素组分，精细描述稳定氢氧同位素特征，系统解析白洋淀的水循环过程.参考文献：[1]王凯霖，李海涛，吴爱民，等.人工补水条件下白洋淀湿地演变研究[J].地球学报，2018，39（5）：549-558.WANG K L ，LI H T ，WU A M ，et al.An analysis of the evolution of Baiyangdian wetlands in Hebei Province with artificial recharge[J].Acta Geoscientia Sinica ，2018，39（5）：549-558（in Chinese ）.[2]李英华，崔保山，杨志峰.白洋淀水文特征变化对湿地生态环境的影响[J].自然资源学报，2004，19（1）：62-68.LI Y H ，CUI B S ，YANG Z F.Influence of hydrological characteristic change of Baiyangdian on the ecological 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/%-122-10-6-4-2δ18O /%-8δ17D=0.531δ18O+0.24Sample in AprilSample in September Evaporation line in AprilEvaporation line in Septemberδ17D =0.527δ18O +0.01866··第40卷第6期何明霞，等：白洋淀地表水和地下水的稳定氢氧同位素特征ZHANG Y H，WU Y Q，WEN X H，et al.Application of environmental isotopes in water cycle[J].Advances in Water Science，2006，17（5）：738-747（in Chinese）.[7]宋献方，李发东，于静洁，等.基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征[J].地理研究，2007，26（1）：11-21.SONG X F，LI F D，YU J J，et al.Characteristics of groundwater cycle using deuterium，oxygen-18and hydrochemistry in Chaobai River Basin[J].Geographical Research，2007，26（1）：11-21（in Chinese）.[8]徐敬争，肖薇，肖启涛，等.湖水氢氧同位素组分的时间变化特征及影响因子分析[J].环境科学，2016，37（7）：2470-2477.XU J Z，XIAO W，XIAO Q T，et al.Temporal dynamics of stable isoto-pic composition in lake Taihu and controlling factors[J].Environmental Science，2016，37（7）：2470-2477（in Chinese）.[9]朱世丹，张飞，张海威，等.新疆艾比湖主要入湖河流同位素及水化学特征的季节变化[J].湖泊科学，2018，30（6）：1707-1721.ZHU S D，ZHANG F，ZHANG H W，et al.Seasonal variation of the isotope and hydrochemical 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水资源管理中的氢氧同位素技术研究
水资源管理中的氢氧同位素技术研究水，是地球上最基本的生命之源，也是人类生存所必需的基础物质之一。
随着全球人口不断增长和经济的迅猛发展，水资源的需求量不断增加，但是水源的可利用量却是有限的。
因此，对水资源的管理和利用成为了世界各国所面临的重要问题之一。
而在水资源管理领域，氢氧同位素技术被广泛应用。
氢氧同位素技术简介氢氧同位素技术是用氢氧同位素比值来研究水的性质和运动过程的一种方法。
因为不同来源的水在组成方面会有所不同，故而不同种类的水同位素比值也不尽相同。
通过对水样中氢氧同位素比值的测定，并结合氢氧同位素与环境参数（温度、降雨等）之间的关系，可以推断出水体的来源、水文过程以及水的补给来源等信息。
氢氧同位素技术已被广泛应用于水资源开发、水文过程研究、水污染控制、农业灌溉、生态保护等领域。
氢氧同位素技术在水资源管理中的应用氢氧同位素技术在水资源管理中的应用主要包括以下几个方面：1. 水循环研究氢氧同位素技术可以用来研究水的流向、水文过程以及水循环等问题。
例如，对于地下水补给来源的研究，可以通过分析地下水中氢氧同位素比值的变化来确定水的来源。
同时，利用氢氧同位素技术可以分析水的补给来源和补给时间，从而帮助制定合理的水资源管理和保护措施。
2. 水污染控制氢氧同位素技术还可以用来控制水污染。
因为不同的水污染物在水体中分布不均，也会对水体中的氢氧同位素比值产生影响。
因此，通过对水体中氢氧同位素比值的分析可以帮助确定水体中污染物的来源和迁移路径，进而实现对水污染的预测和控制。
3. 农业灌溉氢氧同位素技术可以用来研究农业灌溉水的来源和使用情况，从而实现对土壤水分和养分的管理。
例如，在干旱地区，通过对灌溉水中氢氧同位素比值的分析，可以判断灌溉水的来源和补给周期，从而合理使用水资源，提高灌溉效率。
4. 生态保护氢氧同位素技术在生态保护中也有重要应用。
例如，在海洋生态系统研究中，可以利用氢氧同位素技术分析海水中氢氧同位素比值的变化，从而研究海水运动和海洋生态系统的变化。
地下水资源的氢氧同位素示踪应用
地下水资源的氢氧同位素示踪应用地下水资源是人类社会赖以生存和发展的重要水源之一，同时也是维持自然生态系统平衡的重要组成部分。
为了更好地管理和保护地下水资源，科学家和工程师们一直在寻找有效的方法来了解地下水系统的运动、补给来源以及存在的问题。
其中，氢氧同位素示踪技术的应用在地下水资源研究中显得尤为重要。
氢氧同位素是地球水文循环中的重要组成部分，它们的组成特征可以揭示水体的来源、历史和运动轨迹。
水分子中的氢和氧原子存在着多种同位素。
最稳定的氢同位素包括氢-1（氢元素最常见的同位素）和氢-2（氘），而最稳定的氧同位素包括氧-16（氧元素最常见的同位素）和氧-18。
这些同位素的比例可以用来区分不同水体之间的差异以及向地下水系统的补给。
在地下水资源的氢氧同位素示踪应用中，主要有以下几个方面的研究内容：1. 确定水体来源和补给途径：地下水的来源可以包括降雨、蒸发、河流渗漏等。
通过分析地下水中的氢氧同位素组成，可以推断水体的补给途径和来源。
例如，氧同位素的组成可以揭示水体是否来自降雨，以及经过何种地质层之后才进入地下水系统。
2. 评估地下水补给量：了解地下水补给量对于有效管理和保护地下水资源非常重要。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以估算出不同水体的补给量。
这对于合理规划水资源的开采和利用具有重要意义。
3. 揭示地下水补给时间和补给过程：地下水的补给过程往往需要经过一段时间。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以确定地下水补给的时间和过程。
这对于了解地下水系统的水动力学过程以及水循环的持续性非常重要。
4. 检测地下水的混合：地下水系统中不同水体的混合往往会导致水化学性质的变化。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以检测和区分不同水体的混合情况。
这对于评估地下水的质量和控制水污染具有重要意义。
5. 追踪地下水的流动路径和补给源：地下水系统中的水流动常受地质构造和覆盖层的限制。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以确定地下水的流动路径和补给源。
黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系
270地球与环境E A R T H A N D E N V I R O N M E N T2021年第49卷第3期Vol.49. N o.3,2021黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系杜康1 ,张北赢^，李凯2,李林娟1(1.江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院，江苏徐州221116;2.西北农林科技大学草业与草原学院，陕西杨凌712100)摘要：为了研究典型黄土丘陵区不同水体氢氧同位素特征及水体间补给转化关系，合理利用干旱半干旱区水资源，通过野 外采集2019年6月至11月延安市安塞墩山周围降水、河水、地下水和土壤水样品，运用同位素示踪技术，结合混合模型探索研究区不同水体氢氧同位素特征及水循环转化关系。
结果表明：河水、地下水较土壤水富集氢氧同位素；各水体D和180含量的非稳定性表现为降水>土壤水>河水 >地下水；降水、土壤水、河水氢氧同位素随时间变化较大，8月和I I月较其他月份贫化，地下水同位素含量较稳定；受强烈的非平衡蒸发作用影响，土壤水、河水和地下水蒸发线的斜率与截距均小于大气降水线，其 中土壤水最小。
降水和地下水补给河水的比例分别为32.54%、67.46%。
土壤水和河水补给地下水的比例分别为72. 35%、27.65%。
研究区地下水的主要补给水源为土壤水，河水的主要补给源为降水。
关键词：氢氧同位素；降水；土壎水；转化比例；混合模型中图分类号：P342 文献标识码：A文章编号：1672-9250(2021)03-0270-07 d o i:10. 14050/j.c n k i. 1672-9250.2021.49.021黄土丘陵区是我国水土流失最为严重、生态环 境最为脆弱的地区之一。
该区域自然降水不足且降水多集中在夏末秋初的几个月份，加上经济社会发展和生态环境建设对水资源的需求不断增加，水 资源已成为经济社会可持续发展的主要限制性因素。
大气降水需要转化为土壤水才能被农作物和自然植被吸收利用，降水混合土壤水通过活塞流和优先流的形式可以补给地下水[1_2]。
同位素 水分子的组成
同位素水分子的组成
水分子（H2O）的组成可以涉及到氢和氧两种元素的同位素。
在自然界中，氢有三种稳定的同位素：氕（1H）、氘（2H或D）和氚（3H或T），而氧也有三种稳定的同位素：氧-16（16O）、氧-17（17O）和氧-18（18O）。
因此，理论上可以形成18种不同的水分子组合：
1、普通水（轻水）：
H2 16O
H2 17O
H2 18O
重水：
D2 16O
D2 17O
D2 18O
2、半重水：
HD 16O
HD 17O
HD 18O
3、超重水：
T2 16O
T2 17O
T2 18O
然而，在自然环境中，普通水是最常见的形式，其中大约99.7%是H2 16O，只有极少量的氘和氧-17、氧-18存在。
此外，氚是一种放射性同位素，不常见于自然环境，并且由于其半衰期短，通常只在实验室或核反应堆中有意义。
通过分析水中的同位素组成，科学家可以获取关于水来源、地下水循环过程、气候变化以及生态系统信息等方面的重要线索。
例如，不同气候条件下形成的冰川冰或降水可能具有特定的同位素特征，这些特征可以通过测量得到并用于推断过去的气候条件。
同位素 水循环 -回复
同位素水循环-回复同位素是指具有相同原子序数（即原子核中具有相同质子数）但质量数不同的同种元素。
而水循环是指地球上水分的不断循环过程。
水分子具有三种同位素：氢的同位素氘（质量数为2），氧的同位素氧-18（质量数为18）和氧-16（质量数为16）。
首先，水循环是地球上水分不断循环的过程，包括水的蒸发、降水、地下水和河流循环，以及水分子在不同地理区域之间迁移的过程。
同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的同种元素，而水分子具有三种同位素：氘、氧-18和氧-16。
水循环的第一步是蒸发。
当太阳照射到水体表面时，水分子中的激发能量会增加，一部分水分子的动能足够大，从液体状态转变为气体状态，即蒸发。
蒸发的过程中，会带走一些水分子，其中包括不同同位素的水分子，但不同同位素之间的蒸发速率有所差异。
蒸发后的水汽会升高到大气中，形成云。
云是由许多水汽凝结而成的，云中的水分子包含了不同同位素的比例。
氢同位素的氘和氧同位素的氧-18和氧-16会按照它们的质量进行分配，并且在降水过程中会进行区分。
第二步是降水。
当云中的水蒸气达到一定饱和度时，水分子会开始凝结成水滴或冰晶，并从云中降落到地表，形成雨、雪或冰雹等降水形式。
在降水过程中，不同同位素的水分子会以不同的方式分离和分布。
由于氘和氧-18相对于氧-16具有更大的质量，它们在降水过程中更容易沉积，因此降水中的氢同位素和氧同位素的比例会有所不同。
第三步是地下水和河流循环。
其中一部分降水渗入地下，形成地下水。
地下水的含有不同同位素的比例会受到地质和地下水流动的影响。
地下水有时会通过泉水或地下水脱溶等方式返回到地表，继续参与水循环。
另一部分降水会流入河流或湖泊等地表水体。
河流的水流是由降水和地下水补给的，其中的水分子包含了各种不同同位素的比例。
在河流循环中，水分子会沿河道流动，最终进入大海或湖泊，并再次蒸发或与海洋中的水下沉积物混合。
最后，水循环中的水分子也可以通过植物蒸腾进入大气中。
博斯腾湖流域氢氧同位素特征研究
博斯腾湖流域氢氧同位素特征研究努尔阿米乃姆·阿木克;麦麦提吐尔逊·艾则孜;海米提·依米提【摘要】[目的]明确博斯腾湖流域不同水体氢氧同位素特征差异.[方法]测定2014年博斯腾湖流域不同水体的氢氧同位素值,并与前人各期数据进行时空上的对比.[结果]湖水δ18O均值为-0.36‰,δD为-15.98‰,存在δD=2.99δ18O-14.91的数量关系;河水δ18O均值为-9.23‰,δD为-61.81‰,其关系:δD =6.10δ18O-5.43;地下水δ18O均值为-8.11‰,δD为-57.01‰,其关系:δD =4.61δ18O-19.68.经与Craig(1961)全球大气降水线(GMWL)及根据全球降水同位素观测网GNIP数据与乌鲁木齐大气降水线方程(LMWL)对比,地下水、湖水与河水氢氧同位素组成均大致落在当地大气降水线和全球大气降水线附近,显示受降水补给为主.与2001、2008、2011年数据对比显示,各年间各水体(地下水、地表水)氢氧同位素数据存在一定差异,该差异或由各期采样点空间分布不同引起.[结论]研究结果为博斯腾湖流域的可持续发展提供了理论依据.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P11-13,77)【关键词】博斯腾湖;开都河;地下水;氢氧同位素【作者】努尔阿米乃姆·阿木克;麦麦提吐尔逊·艾则孜;海米提·依米提【作者单位】新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室,新疆师范大学,新疆乌鲁木齐830054;新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054;新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室,新疆师范大学,新疆乌鲁木齐830054;新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054【正文语种】中文【中图分类】K903由于水在蒸发和扩散等循环过程中会引起同位素分馏，不同来源的水具有不同的同位素组成特征，所以可通过水体的氢氧同位素组成变化来示踪[1-4]。
《氢氧同位素》PPT课件
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4、 生物作用：光合作用、细 菌作用等
6CO2+6H2O
C6H12O6+6HO2
12CO2的化学键比13CO2的容易断开，更容
易进入有机质中。
Epstein(1971)指出，绝大多数的陆生植 物δ13C在-24—-34 ‰之间，水生、沙漠、 泥沼的植物在-6—-19 ‰，水藻、地衣 在-12—-23 ‰。
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第一节 概述
一、同位素分馏
不同的同位素组成的分子之间的相对质量差， 会对分子中原子的振荡、化合物的一系列的 物理常数和热力学函数产生一定成的影响， 因此在物质运动过程中会表现出同位素的分 馏现象。
同位素分馏是指在一个系统中，某元素的同 位素以不同的比值分配到两种物质货物相中 的现象。
因此，根据硅质岩的氧同位素组成可以推断形 成介质的盐度，进而判别形成环境类型。
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O’Neil(1973)对不同环境条件下形成的 硅质岩氧同位素分布范围作了总结，结 果表明，淡水环境中形成的硅质岩， δ18O (SMOW标准，下同)都小于现代海 洋环境形成的硅质岩，δ18O值介于 30‰~35‰之间;而盐度较高的盐湖中 形成的硅质岩，δ18O值可在40 ‰以上。
（一）热力学分馏：
abb液态水氢氧同位素
abb液态水氢氧同位素ABB是一家全球领先的工程技术公司，致力于为工业客户提供创新的解决方案。
其中，ABB液态水氢氧同位素是该公司的一项重要技术产品。
液态水氢氧同位素是指水分子中氧原子的同位素构成不同。
在自然界中，氢氧同位素主要有氢-1、氢-2、氢-3和氧-16、氧-17、氧-18等不同的同位素。
由于同位素的不同，水分子的物理性质、化学性质和生物活性也会有所变化。
ABB液态水氢氧同位素技术可以实现对不同同位素比例的精确控制和生产。
这一技术的应用范围非常广泛，涉及到环境科学、医学、能源等多个领域。
首先，ABB液态水氢氧同位素在环境科学领域具有重要的应用价值。
研究人员可以利用这项技术来追溯水分子的来源和流动路径，从而帮助解决地下水污染等环境问题。
同时，液态水氢氧同位素技术还可以用于水资源调配和管理，促进可持续发展。
其次，ABB液态水氢氧同位素在医学领域也发挥着重要作用。
通过检测人体内不同同位素的含量，可以对新陈代谢、生物反应等进行研究。
这对于疾病诊断、药物研发和干预措施的制定具有重要的指导意义。
此外，液态水氢氧同位素技术还可以应用于病毒研究和医学影像学等领域。
此外，由于液态水氢氧同位素对能源领域的应用潜力巨大，ABB公司也在不同的能源项目中拥有丰富的经验和技术储备。
例如，液态水氢氧同位素技术可以用于核能领域的重水反应堆，提高反应堆的效率和安全性。
同时，液态水氢氧同位素还可以用于新能源领域的燃料电池、氢能源存储等项目，促进清洁能源的发展与应用。
总体而言，ABB液态水氢氧同位素技术是一项具有广泛应用前景的创新技术。
它在环境科学、医学和能源等领域都有重要的作用。
未来，ABB公司将继续加大研发力度，不断推动液态水氢氧同位素技术的进一步创新，以更好地满足客户的需求，为人类的可持续发展做出更大的贡献。
水的同位素以及相对质量
水的同位素以及相对质量
水是地球上最重要的化合物之一,由氢和氧两种元素组成。
自然界中存在着多种水的同位素,主要有以下几种:
1. 普通水(H2O)
普通水是最常见的水分子,由两个质子组成的氢原子和一个质子和八个中子组成的氧原子组合而成。
它的相对分子质量是18.015原子质量单位(u)。
2. 重水(D2O)
重水是一种同位素水,由两个重氢原子(氘,D)和一个氧原子组成。
重氢原子由一个质子和一个中子组成,比普通氢原子重一倍。
重水的相对分子质量是20.028u。
3. 半重水(HDO)
半重水是由一个普通氢原子、一个重氢原子和一个氧原子组成的同位素水。
它的相对分子质量是19.022u。
4. 三氧水(H2
18O)
三氧水是由两个普通氢原子和一个含有八个质子和十个中子的18O 同位素氧原子组成。
它的相对分子质量是20.015u。
这些不同的水同位素在自然界中的存在比例不尽相同,其中普通水占绝大多数,重水和半重水的存在量极其微小。
水的同位素对于一些科
学研究领域具有重要意义,如环境示踪、医学诊断等。
黄土高原丘陵沟壑区流域不同水体氢氧同位素特征--以纸坊沟流域为例
黄土高原丘陵沟壑区流域不同水体氢氧同位素特征--以纸坊沟流域为例王贺;李占斌;马波;马建业;张乐涛【期刊名称】《水土保持学报》【年(卷),期】2016(30)4【摘要】为系统、全面地研究黄土高原丘陵沟壑区流域降水、地表水、土壤水的氢氧同位素特征,以纸坊沟流域为研究对象,通过测定流域范围内2015年3—9月降水、地表水、刺槐林土壤水和荒草地土壤水的氢氧同位素组成,分析了各水体氢氧同位素的δD-δ^(18) O关系和季节变化特征,阐明了土层深度、植被类型、坡向和坡位等下垫面因素对土壤水氢氧同位素的影响。
结果表明:该流域当地大气降水线方程为δD=6.71δ^(18) O^-_3.22(n=18,R^2=0.96),地表水的蒸发线方程为δD=6.77δ^(18) O-5.32(n=13,R^2=0.72),土壤水的蒸发线方程为δD=3.50δ^(18) O^-_34.00(n=756,R^2=0.76);各水体δ^(18) O富集程度为:刺槐林土壤水≈荒草地土壤水>降水>地表水。
降水与土壤水(刺槐林和荒草地)δ^(18) O季节效应明显,浅层50cm土壤水的平均传输时间约为1个月;地表水δ^(18) O变幅较小、组成均一、季节效应不明显,推断其为多次历史降水混合形成;4种下垫面因素对浅层50cm土壤水氢氧同位素影响程度为:土层深度>坡向>植被类型>坡位。
其中,土层深度对浅层土壤水δ^(18) O影响达到极显著水平。
不同土层间土壤水δ^(18) O差异性随土层深度差值的增大而增大,且深度差超过15cm后呈极显著差异,推断纸坊沟流域地表15cm土层为受降水和蒸发影响的土壤水分活跃区。
【总页数】7页(P85-90)【关键词】黄土高原;纸坊沟;氢氧同位素;降水;地表水;土壤水【作者】王贺;李占斌;马波;马建业;张乐涛【作者单位】西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨陵712100;中国科学院水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨陵712100【正文语种】中文【中图分类】X143;P342【相关文献】1.黄土高原丘陵沟壑区典型流域农业生态系统生产力研究--以纸坊沟为例 [J], 董孝斌;高旺盛2.纸坊沟流域水体氢氧同位素特征及其水量交换研究 [J], 马建业;孙宝洋;马波;刘晨光;柏兰峰;李占斌3.黄土高原丘陵沟壑区不同水体间转化特征——以韭园沟流域为例 [J], 王贺;李占斌;马波;肖俊波;张乐涛4.黄土高原丘陵沟壑区一副区小流域淤地坝系效益分析——以王茂沟小流域为例[J], 侯建才;李占斌;李勉5.黄土高原丘陵沟壑区植被恢复过程对土壤剖面矿质氮累积影响——以纸坊沟流域试验区为例 [J], 黄思光;李世清;王启勇;杨改河;张兴昌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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不同水体氢氧同位素
一、海洋水体氢氧同位素
海洋是地球上最广阔的水体之一，其中的水分子也含有不同的氢氧同位素。
海洋水体中的氢氧同位素主要有氢-1（氚）、氢-2（重氢）、氢-3（超重氢）、氧-16、氧-17和氧-18。
其中，氢-1和氧-16是最常见的同位素。
海洋水体中的氢氧同位素含量受多种因素的影响，包括水温、盐度、深度等。
一般来说，海洋表层水体中的氢氧同位素含量较高，随着深度的增加，含量逐渐降低。
这是因为氢氧同位素的分馏效应导致的。
根据研究发现，海洋水体中氢氧同位素的组成对于研究古气候变化具有重要意义。
通过对海洋沉积物中氢氧同位素的分析，可以推测出过去的气候变化情况。
因此，海洋水体中的氢氧同位素研究对于了解地球气候演变以及预测未来气候变化具有重要意义。
二、湖泊水体氢氧同位素
湖泊是地球上重要的淡水资源，湖泊水体中的氢氧同位素也具有一定的特征。
湖泊水体中的氢氧同位素主要受到降水的影响，其中降水中的氢氧同位素含量与地理位置、季节等因素密切相关。
湖泊水体中的氢氧同位素含量的变化可以反映降水的季节性变化。
例如，在干旱季节，湖泊水体中的氢氧同位素含量较高，而在雨季，
含量则较低。
这是因为降水中的氢氧同位素含量随着降水量的变化而变化。
湖泊水体中的氢氧同位素也可以用于研究湖泊的水文循环过程。
通过对湖泊水体中的氢氧同位素的分析，可以了解湖泊的水源、水量变化以及水体的混合程度等信息。
这对于湖泊生态系统的研究和管理具有重要意义。
三、地下水体氢氧同位素
地下水是地下岩石裂隙或含水层中的水分子，其中的氢氧同位素也具有一定的特征。
地下水体中的氢氧同位素主要受到降水的影响，同时还受到地质构造、地下水流动速度等因素的影响。
地下水体中的氢氧同位素含量的变化可以反映地下水的来源和补给方式。
例如，降水中的氢氧同位素含量较高的地区，地下水体中的氢氧同位素含量也较高。
而在干旱地区，地下水体中的氢氧同位素含量则较低。
地下水体中的氢氧同位素研究对于水资源的管理和利用具有重要意义。
通过对地下水体中氢氧同位素的分析，可以确定地下水的补给方式和补给速度，为地下水资源的合理开发提供科学依据。
四、冰川水体氢氧同位素
冰川是地球上重要的淡水资源之一，冰川水体中的氢氧同位素也具有一定的特征。
冰川水体中的氢氧同位素主要受到降水的影响，同
时还受到冰川形成和变化过程中的物理和化学作用的影响。
冰川水体中的氢氧同位素含量的变化可以反映冰川的形成和变化过程。
例如，在冰川融化过程中，冰川水体中的氢氧同位素含量会逐渐降低，与融化水的氢氧同位素含量趋于一致。
冰川水体中的氢氧同位素研究对于了解冰川形成和消融过程具有重要意义。
通过对冰川水体中氢氧同位素的分析，可以推测出冰川的起源、演化过程以及对气候变化的响应。
这对于研究全球气候变化和预测未来冰川消融的趋势具有重要意义。
不同水体中的氢氧同位素具有不同的特征和变化规律。
海洋、湖泊、地下水和冰川水体中的氢氧同位素研究对于了解地球气候变化、水资源管理和冰川形成消融过程具有重要意义。
通过对这些水体中氢氧同位素的分析，可以为环境保护和可持续发展提供科学依据。