大气降水的补给
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发布时间：2022-05-13 04:53
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时间：2023-11-17 01:04
大气降水(包括冰雪溶融水)是浅层地下水补给的主要来源。水降落到地面，除一部分直接成为径流外，大部分将通过植被土壤、透水岩层渗入到含水层中储存起来，成为浅层含水层水的主要部分。这些储存的地下水一部分将继续向更深的含水层渗透，另一部分则暂存在储水层中，当继续渗透的水超过其储存能力时，暂存的地下水将被挤压排泄出来。所以这类水与降水存在一定的水力联系。
在许多情况下，大气降水成因的地下水，其同位素组成明显地接近补给区降水的平均同位素组成。由于这一原因，地区性降水和浅层的地下水的同位素特征，常常需通过降水采样来确定。但是，降水和源于它的浅层地下水二者间的同位素组成未必完全匹配。众所周知，降水补给的地下水同位素组成几乎都产生了一定程度的畸变。在较干旱地区，由于浅层蒸发作用，使得地下水相对富集重同位素。这种水的特征是，氘过量d值在δD－δ18O图上偏离正常的雨水线并向蒸发线的方向漂移。
此外，由于季节性的选择性补给，也可使浅层地下水相对富集重同位素，倘若浅层地下水的补给是夏季的降水，就可能出现高于当地降水平均的同位素组成。但是，它还是落在地区性的降水线上，而不是落在蒸发线上。不过，季节性的选择性补给，更多的情况是选择冬季降水或夏季高山冰雪溶融水。这类选择性补给的结果，使得浅层地下水比平均降水相对贫重同位素。Halevg(1970)、Eichler(1965)和Siwertz(1973)等在温和气候带有关渗滤计的测量中发现，由于水通过非饱和带的运移相当平缓，因此，单一降水组成的变化很小。在一定范围内，季节性变化将完全消失，此时渗滤水将比平时降水贫重同位素，这种影响是冬季水的一种优先选择的结果。在高山地区，由于夏季冰雪溶融水的补给，致使浅层地下水相对贫重同位素。
正如实际观察中见到的，任何地方降水成因的浅层含水层的地下水同位素组成都有相当大的离散度。降水的季节性变化和长期的变化趋势都叠加在一起，因此，混合后的地下水几乎不存在什么明显短期变化的规律。当补给区的环境因素相对稳定时，地下水同位素组成的平均值也比较固定。在这种情况下，降水成因的浅层地下水的平均同位素组成和补给区的大气降水的平均同位素组成之间可找出某种联系，并借此可确定浅层地下水补给源的位置和高度。
Paune和Yurtsever(1974)曾用同位素方法估计了尼加拉瓜Chinandega平原的地下水(不含饱气带)的补给位置。该平原位于太平洋和Cordillera Marrabios分水岭之间约1100km2的区域内。从海岸到内陆，地形逐渐升高。距海岸20km的地方，高度达200多米。越向内陆，地形越陡峭，至Cordil- lera的山巅高度最高达1745m。按横向条带状从海岸到内陆以不同高度采集降水和地下水的样品。在一年多的时间里，他们还分别在不同时间内收集了各个钻孔的地下水和一个高度为800m处的泉水、一个浅井、一条溪流以及不同高度的降水样品，大多数样品(把氚作为年龄定量的指示器)都作过分析。
钻孔样品分析结果表明，稳定同位素组成没有明显变化，氚的浓度小于7TU。浅部钻孔氚浓度通常接近降水的含量(约25TU)，显然是平原水渗透直接补给的。这一情况，也为浅井地下水和西北部溪流的δ值所证实，但它们受来自Cordillera斜坡上的补给影响很小。
用280m高程的一口井和800m处的泉水来研究平原地下补给高度效应，300m以上高度的降水量没有明显变化，因此，计算中唯一要考虑的就是不同高度的不同地表面积。结果表明，位于800m处的泉水的平均补给高度为1000m，280m处井水的平均补给高度为625m，高度效应为－0.28‰/100m，与降水资料估计的高度效应值－0.26‰/100m相当一致，得出补给区在280m以上高度。
Stahl等(1974)在希腊的Sperkhios山谷中，根据15个温泉测定的δ18O，估计平均补给高度效应为－0.18‰/100m。
Gonfiantini等(1976)使用高度效应估算了Gran Canaria岛采集的水样的补给平均高度。他们发现，地下水的δD/δ18O的关系取决于补给是来自岛的北部还是南部的降水。北部的降水补给δD/δ18O的斜率接近8，而南部补给斜率为4。岛的北部，18O的高度效应为－0.13‰/100m，南部为－0.25‰/100m。
卫克勤等(1986)采集了庐山地区的地下水、地表水及天然出露的温泉和钻孔揭露的热水样品，并分别测定了氚、氧－18等同位素组成。5个不同海拔高程δ18O样，得出δ18O=－0.0016(H)－5.93(r=0.9801)的关系式，即δ18O梯度为0.16/100m。计算表明，聪明泉、天下第六泉和玉渊泉的补给区高程距离各自的出*距离超过500m，其他采样点则不到500m。
庐山温泉水较其他天然水贫氚和氧－18，其δD和δ18O点落在大气降水线附近，属大气降水下渗补给。δD和δ18O值偏离大气降水线约0.4，说明大气降水入渗经历了远离地热源的深部循环过程，进而推断庐山温泉补给区的高程为1000～1600m。庐山温泉疗养院内的冷水钻孔CK－6的补给区在海拔250±100m的范围内。
他们用水样测得的含氚量推算了庐山地下水的年龄，并将其分为3组:最近几年补给的，氚含量为17±5TU;10～15年内补给的，氚含量为30～35TU;聪明泉、钻孔热水和天然出露的温泉氚含量小于1TU，说明地下水补给发生于30年以前。
邵益生(1986)研究了呼和浩特盆地的地下水中的氢氧同位素组成，并讨论了该区地下水的成因及补给源。他根据不同高程上的泉水及浅井水样的δD和δ18O分析结果得出
同位素地球化学
并据δD和δ18O值估算出了各自的平均补给高程。
浅层水的氢、氧同位素组成按取样位置不同可分为两组。其中，山前区浅层水的同位素组成落在Craig(1961)降雨线附近，δD和δ18O的平均值分别为－71.9‰±1.8‰和－10.04‰±0.22‰，平均d值为+8.4‰，没有明显的蒸发效应。据上述方程计算平均补给高程为1560m左右，这一结果与大青山的平均高程基本相当，说明补给来自北部大青山地区。但因氚值较高(730TU)，补给方式可能以地表径流入渗为主。平原区浅层水的同位素组成明显偏离Craig(1961)降水线，平均d值为+4.4‰，显示出明显的蒸发效应;δD和δ18O值平均分别为－65.7‰±0.9‰和－8.76‰±0.07‰，接*原区推算降水值δD=－56.3‰，δ18O=－8.15‰，说明补给途径为二，即平原区降水的垂直入渗和山前区浅层水的侧向补给。氚值较高(34～94TU)证明降水以垂直入渗补给为主。
地下水与不同气候类型的降雨，在同位素特征上有时也是完全匹配的。例如，土耳其中部Konya平原，南部和北部地下水的氘过量参数(d)值明显不同。在平原南部的Taurus山，地下水氘过量参数与地中海降水类型一致，显然它的补给与这类降水有关。而在平原北部的承压含水层的氘过量参数值则反映出*型气候降水的补给特征。此外，这一类似的气候分带在南美洲地区的地下水的同位素特征上也有反映。在南美洲太平洋中部海岸地区，地下水的同位素组成与地区性太平洋降水有关，而安第斯山以东地区，地下水同位素组成明显是由安第斯型降水补给的。
