-同位素水文学-第1讲-水循环概论-2011版本

地下水补给
Tritium (TU)
Bomb tritium
示踪剂:
•核爆氚及其它示踪剂：18O, 2H, 3H, …
Infiltration
Time
Tritium (TU)
Groundwater
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Depth
Unsaturated Zone
应用:
•地下水再生能力 •包气带研究
Bom b tritium
地下水与地表水混合
Q
地表水
地下水
合适的同位素:
水 线
地表水
• 18O, 2H, 3H
,…
H-2
大
气
Leabharlann Baidu
降
混合线
地下水
应用: • 海岸带海水入侵;
• 地表水对地下水的污染.
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同位素与区域水循环研究

我国的主要水问题 水问题与水循环 区域水循环科学的机遇与挑战 区域水循环研究中的环境同位素 我国区域水循环研究 水循环研究在地球系统科学中的地 位
水同位素变化与水的类型判别
d
大气降水线
本 地
全
球
海水
水面蒸发 现代地下水
H－ 2
古水
全球大气降水线： O-18 2 18 H = 8 O +10 中国科学院研究生院，同位素水文学课程教学用，庞忠和， z.pang@mail.iggcas.ac.cn，http://www.iggcas.ac.cn (Craig, 1961，Science)
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同位素判别污染源
补给区 排泄区
污染源 污染源
百年
级
十年
污染检出
级
千年级
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水源判别-依据稳定同位素
2H = -60‰ V-SMOW 2H = -120‰ VSMOW
西安自来水
拉萨自来水
只要两个不同水源的同位素差别足够大，就可以判别水源！ 中国科学院研究生院，同位素水文学课程教学用，庞忠和， 同样原理适用于其它饮料！
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世界性的水问题



2000年全球首脑会议指出：世界上有大约15亿人 没有安全饮用水！ 《新千年宣言》承诺：到2015年将15亿人减少一 半！ 联合国23个组织共同执行一个新的计划：WWAP （World Water Assessment Programme), 2001年 第一份报告的结论：亚洲人均最缺水！ 跨境水资源矛盾尖锐，人类将为水而战！
地下水微量污染组 分，含量虽然很低，但 具有极强 “三致”（致 癌、致突、致畸）作 用，不仅使人的寿命减 少，甚至对人类繁衍构 成危机。
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十一五期间完成了珠三角、长三 角和环渤海地下水污染调查
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 70 全国 地表水 地下水
40 20
38
总供水量
饮用水
农田灌溉
工业用水
地下水
地表水
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地下水污染危害人民健康
全球大气降水氚分布时间系列
北半球
10000
TRITIUM CONCENTRATION (TU)
1000
O ttaw a, C an ad a
100
10
K aito ke, N ewZ ealan d
南半球
1 1950
1960
1970
Y E A R
1980
1990
2000
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同位素与区域水循环研究

我国的主要水问题 水问题与水循环 区域水循环科学的机遇与挑战 区域水循环研究中的环境同位素 我国区域水循环研究 水循环研究在地球系统科学中的地 位
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自然界的水量平衡
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地下水的可持续利用
Time
水位 时间
Water Level
可持续利用
Sustainable
含水层疏干
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同位素与区域水循环研究

我国的主要水问题 水问题与水循环 水循环科学的机遇与挑战 区域水循环研究中的环境同位素 我国区域水循环研究 水循环研究在地球系统科学中的地 位
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水循环科学的机遇

”社会的需求比十所大学更能推动科学技术的 发展“。- Albert Einstein (爱因斯坦) 在水问题严重的形势下，水循环科学迎来的 发展的机遇 由于水循环问题比较复杂，研究工作富于挑 战性
我国大陆水循环的特点

降水时空分布不均

南方多，北方少 降雨集中在夏季
南方洪涝、北方干旱 ！！ 这是由季风气候决定的！
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我国干旱分区
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Natural Water Cycle
-120%0, -15%0
庞忠和，1997
Isotope Labeling 自然界的水循环及其同位素标记
Isotope fractionation
Condensation
-70%0, -10%0
Transpiration Infiltration
-30%0 ,-5%0


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区域水循环研究的主要问题

地下水补给区和补给量的确定 地下水保护区的厘定 （污染严重地区） 地下水的可再生属性评价 （干旱区） 地下水地表水相互作用 （含水层与河流、湖 泊有接触的地方） 含水层抵御污染的能力 （污染严重地区）

世界性的水问题 我国的主要水问题 水问题与水循环 水循环科学的机遇与挑战 我国区域水循环研究 区域水循环研究中的环境同位素 水循环研究在地球系统科学中的地位
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区域水循环研究中的同位素技术

同位素水文学基本原理 国际原子能机构的水资源计划
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区域水循环研究中的同位素技术

同位素


稳定同位素 （ 18O 、2H、 13C、 34S、15N、87Sr、 11B…） 放射性同位素（3H、14C、36Cl） 人工同位素 （131I、125I） 水源判别 （圈定补给区－保护区） 混合关系（混合方式、混合比例） 水动力学（年龄、速度、流场）

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我国的主要水问题




水少 我国水资源贫乏，人均水资源仅为世界1/4。水资源供 需矛盾突出, 对经济增长构成“瓶颈”，使区域可持续发 展受到挑战，特别是北方干旱区！ 水多 洪涝灾害频繁，给人民生命财产造成不可低估的损失 （例：1998年长江流域洪水） 水脏 水体污染形势严峻，给饮水安全与社会和谐带来威胁， 特别是沿海经济发达地区！近年来，地下水污染造成 300多个城市缺水。 应急能力弱 大中城市应对突发水污染事件的能力严重不足（哈尔滨 市因松花江水污染停水4昼夜，最近几年频频干旱出现 突击打井现象。）
-120%0 , -15%
0
Evaporation
-150%0 , -20 %0
0%0 , 0%0
Radioactive isotope decay
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水循环与水资源

主要应用

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同位素指纹效用
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同位素水文学
Isotope Hydrology
水循环概论
主讲：庞忠和
研究员、博士生导师 中国科学院地质与地球物理研究所 z.pang@mail.iggcas.ac.cn http://www.iggcas.ac.cn
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关于水循环
（1）定义 地球上或某一区域内，在太阳辐射和重力以及地球构造运动的作用与影响 下，水分通过蒸发、水汽输送、降水、入渗、径流、排泄等过程不断转化、 迁移的现象。 （2）空间尺度 全球水循环：大陆与海洋之间的循环－地球水系统 大陆水循环 区域水循环：盆地或流域 局部水循环：局部水体之间 （河－湖、含水层之间） （3）时间尺度 长循环：103 年以上 中循环：102 －103 短循环：Nx10年
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地下水在保障我国饮水安全方面具有 非常重要的地位
地下水占我国水资源总量 的1/3，饮用水供水的 70%，农村饮用水的 90% ！！
1/3 2/3
19100亿m3 9200亿m3
南水北调工 程：跨流域调 水解决水的空 间分布问题
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长江三峡工程：修水库解决水的时间分布问题
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