努爾阿米乃姆·阿木克，麥麥提吐爾遜·艾則孜，海米提·依米提

(1.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊 830046；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室，新疆師范大學，新疆烏魯木齊 830054；3.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊 830054)

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博斯騰湖流域氫氧同位素特征研究

努爾阿米乃姆·阿木克1，麥麥提吐爾遜·艾則孜2，3，海米提·依米提2，3

(1.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊 830046；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室，新疆師范大學，新疆烏魯木齊 830054；3.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊 830054)

摘要[目的]明確博斯騰湖流域不同水體氫氧同位素特征差異。[方法]測定2014年博斯騰湖流域不同水體的氫氧同位素值，并與前人各期數(shù)據(jù)進行時空上的對比。[結(jié)果]湖水δ18O均值為-0.36‰，δD為-15.98‰，存在δD=2.99δ18O-14.91的數(shù)量關系；河水δ18O均值為-9.23‰，δD為-61.81‰，其關系：δD=6.10δ18O-5.43；地下水δ18O均值為-8.11‰，δD為-57.01‰，其關系：δD=4.61δ18O-19.68。經(jīng)與Craig(1961)全球大氣降水線(GMWL)及根據(jù)全球降水同位素觀測網(wǎng)GNIP數(shù)據(jù)與烏魯木齊大氣降水線方程(LMWL)對比，地下水、湖水與河水氫氧同位素組成均大致落在當?shù)卮髿饨邓€和全球大氣降水線附近，顯示受降水補給為主。與2001、2008、2011年數(shù)據(jù)對比顯示，各年間各水體(地下水、地表水)氫氧同位素數(shù)據(jù)存在一定差異，該差異或由各期采樣點空間分布不同引起。[結(jié)論]研究結(jié)果為博斯騰湖流域的可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。

關鍵詞博斯騰湖；開都河；地下水；氫氧同位素

由于水在蒸發(fā)和擴散等循環(huán)過程中會引起同位素分餾，不同來源的水具有不同的同位素組成特征，所以可通過水體的氫氧同位素組成變化來示蹤[1-4]。博斯騰湖地處氣候干燥的歐亞大陸腹地，是我國最大的內(nèi)陸湖[5]。博斯騰湖具有蓄洪灌溉作用，保障了流域綠洲人民的生產(chǎn)生活，它所提供的豐富的水生動植物資源對焉耆盆地以及塔里木河下游有著重要的生態(tài)服務功能。近年來，受全球氣候變化和人類活動的雙重影響，博斯騰湖面臨水質(zhì)下降、水量不足等問題[6]。李文鵬等[7]測定了焉耆盆地河水與地下水，但未提供采樣點位置。劉延鋒等[8]和陳亞寧等[9]進行了系統(tǒng)測定，前者偏重于對上游河流的研究，后者則偏重于開都河入湖沖積扇地下水，且都對湖水測定的少。鑒于此，筆者測定了2014年博斯騰湖流域湖水、河水、地下水的同位素特征，并與前人各期數(shù)據(jù)進行了時空上的對比，以期為該流域的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況博斯騰湖位于西部天山南麓焉耆盆地東南部，既是開都河的尾閭湖，又是孔雀河的源地。該流域是塔里木河的水源補給區(qū)，地理位置特殊且重要[10-11]。開都河是唯一直接流入博斯騰湖的常年性河流，其余河流(黃水溝、清水河、曲恵溝等)出山后多由灌溉引用最終以地下水形式匯入湖區(qū)[12]。博斯騰湖水域面積達1 002.4 km2，湖區(qū)南側(cè)和東側(cè)為沙漠，北面及西北面是平原帶，四周地勢向湖區(qū)傾斜，湖面最高海拔達1 046.75 m[13]，西北部海拔為1 400～1 600 m，東南1 200～1 400 m。流域以農(nóng)牧漁業(yè)為主，工業(yè)相對薄弱[14]。

1.2研究方法于2014年10月在博斯騰湖流域取水樣18個，其中9個為湖水，3個為開都河水，6個為地下水(圖1)?，F(xiàn)場分別測定記錄井深、經(jīng)度、緯度等。用去離子水及待取水先后清洗20 mL取樣瓶3次。水面以下30 cm處取地表水樣。抽水15 min后自壓井及電井取地下水樣，密封水樣。在中國科學院地理科學與資源研究所環(huán)境同位素實驗室采用TC/EA測定樣品δD與18O(表1)。由FinniganMAT-253質(zhì)譜儀測定，結(jié)果采用VSMOW(‰)報道，δD精度為±2 ‰，18O精度為±0.3 ‰。因研究區(qū)降水稀少，無典型時段內(nèi)同位素降水監(jiān)測數(shù)據(jù)，故將該研究結(jié)果與Craig(1961)全球大氣降水線方程及烏魯木齊大氣降水線方程(LMWL)：δ2H= 6.977δ18O+ 0.434(LMWL)[8]進行對比(據(jù)全球降水同位素觀測網(wǎng)GNIP資料計算)。

圖1　研究區(qū)采樣點分布Fig.1　The distribution of sampling point in study area

編號NO.水類型樣WatertypesδD∥‰δ18O∥‰經(jīng)度Longitude∥°緯度Latitude∥°高程Altitude∥mB1博湖水-23.04-1.9086.850041.88891039B2博湖水-16.41-0.6786.844041.98331038B3博湖水-16.88-1.2286.954342.00231038B4博湖水-6.932.6387.236741.95941039B5博湖水-16.70-1.2186.983341.91391039B6博湖水-16.70-0.6087.133342.00001039B7博湖水-12.880.8686.852542.08161038B8博湖水 -17.25-0.8886.872242.04171038B9博湖水 -16.72-0.2586.843541.98151038S1開都河水-64.22-9.6286.134942.26482508S2開都河水-60.33-9.0886.733141.88471038S3開都河水-60.86-9.0186.564242.05281056G1地下水 -41.77-4.8786.756741.81861046G2地下水 -50.49-7.2086.945042.10441036G3地下水 -58.22-7.4386.989241.90001045G4地下水 -58.23-9.1087.155642.11171049G5地下水 -67.88-9.9386.658342.17691050G6地下水 -65.46-10.0986.617842.11171050

2結(jié)果與分析

2.1博斯騰湖流域多年氫氧同位素特征差異該調(diào)查所測得的博斯騰湖湖水的δ18O范圍為-2.00‰～3.00‰，δD為-33.00‰～-10.00‰，其關系可表示為δD=2.99δ18O-14.91；河水的δ18O范圍為-9.80‰～-9.50‰，δD為-64.00‰～-60.00‰，其關系可表示為δD=6.10δ18O-5.43；地下水δ18O范圍為-10.20‰～-4.80‰，δD為-62.00‰～-40.00‰，其關系可表示為δD=4.61δ18O-19.68。地下水、湖水和河水的氫氧同位素組成基本都落在當?shù)睾腿虼髿饨邓€附近。湖水同位素關系的斜率為2.99，河水為6.10，地下水為4.61，較河水與地下水正偏于大氣降水斜率。并且湖水同位素組成數(shù)據(jù)點分布在降水線右下方，河水與地下水的同位素組成數(shù)據(jù)點基本上分布于降水線及左上方，表明湖水的蒸發(fā)作用顯著高于河水和地下水。這主要是由于湖水是一個相對穩(wěn)定的開放水體，流動性相對較弱，湖面所受到的蒸發(fā)作用較大，從而在湖水中富集了重的同位素。該河水樣品氫氧同位素組成分布較集中，地下水樣品的氫氧同位素組成差異較大，說明流域內(nèi)不同部位地下水的來源和所經(jīng)歷的循環(huán)過程存在差異(圖2d)。

2.22001～2014年博斯騰湖流域氫氧同位素特征差異分析2001年流域地下水與河水樣品數(shù)據(jù)[7]基本分布在降水線上并且偏輕，均反映受降水補給為主(圖2a)。其中雖然河水與地下水的δD值差距較小，但地下水較地表水略偏于降水線右下方，反映其蒸發(fā)作用比河水大，地下水受河水補給為主。2008年河水氫氧同位素數(shù)據(jù)[8]分布不均，差異較大。地下水和地表水偏離當?shù)睾痛髿饨邓€斜率，分布于右下方，同位素值趨重(圖2b)。2011年樣本[9]河水和地下水的斜率與截距均小于當?shù)睾腿虻拇髿饨邓€，同位素數(shù)據(jù)基本落在降水線左上方，河水與地下水同位素難以分開(圖2c)，反映河水受地表水(包括河水、渠道水、田間渠系灌溉水)的滲漏補給。地下水同位素值總體稍偏重，反映其蒸發(fā)比河水強。

圖2　不同時期博斯騰湖流域湖水、地下水和河水的δD-δ18O關系Fig.2　The δD-δ18O relationship of lake water，groundwater and river water in Bosten Lake Basin in different time

2008年數(shù)據(jù)主要集中于開都河中上游，地下水多采自流入開都河的支流，因此，河水和地下水與2011及2014年氫氧同位素分布不同，地下水較河水偏輕，總體偏重，顯示上游地表水和地下水在入湖前已經(jīng)歷強烈的蒸發(fā)。2011年數(shù)據(jù)主要分布在開都河沖洪積扇上，地下水接受受蒸發(fā)作用較少的潛水滲入，并補給河水，同位素數(shù)據(jù)均偏輕，位于等降水線上方。而2014年數(shù)據(jù)主要分布于博斯騰湖，湖水強蒸發(fā)導致同位素值偏重，河水和地下水分布較接近，反映二者物源上的接近。因2001年測定未提供樣本點為主，該研究不對其做進一步分析。另據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的焉耆盆地降水與氣溫數(shù)據(jù)，研究區(qū)近10a(2001～2014年)降水量變化顯著，但氣溫變化不明顯(圖3)。降水量增大會使流域氫氧同位素值偏輕，但2008年流域降水量最大，同位素值偏重；2014年降水量最小，同位素值卻偏輕，其原因可能亦由采樣點分布的不同引起。

注：數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。Note：Data are from China Meteorological Data Network.圖3　2001、2008、2011和2014年博斯騰湖流域氣溫、降水變化對比Fig.3　Comparison of temperature and precipitation in Bosten Lake Basin in 2001，2008, 2011 and 2014

2014年流域氫氧同位素重于2011年，這可能是由于人為引用開都河河水灌溉、抽取地下水井、農(nóng)業(yè)活動和水環(huán)境的污染等原因所致。特別需要注意的是，該研究對近10 a博斯騰湖流域各水體氫氧同位素值之間所存在差異進行了研究，而博斯騰湖流域?qū)儆诟珊禋夂虻貐^(qū)，無論是平原還是山區(qū)，各水體受到的蒸發(fā)作用都較強烈，各水體之間又存在互相補排的現(xiàn)象，加之前期工作采樣點位置的不同，及試驗數(shù)

據(jù)的可靠性均對該研究結(jié)果有影響。

3結(jié)論

通過測定2014年博斯騰湖流域不同水體的氫氧同位素值，結(jié)果表明：湖水δ18O變化平均值為-0.36‰，δD變化平均值為-15.98‰，δ18O和δD的變化關系可表示為δD=2.99δ18O-14.91；河水δ18O變化平均值為-9.23‰，δD變化平均值為-61.81‰，δ18O和δD的變化關系可表示為δD=6.10δ18O-5.43；地下水δ18O變化平均值為-8.11‰，δD變化平均值為-57.01‰，δ18O和δD的變化關系可表示為δD=4.61δ18O-19.6。地下水、湖水、河水的同位素組成基本位于降水線附近，流域以降水補給為主。2001～2014年流域同位素值存在差異，應由各期采樣點空間分布差異引起。

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Study on Characteristics of Hydrogen and Oxygen Isotope in Bosten Lake Basin

Nuraminam·Hamuk1, Mamattursun·Eziz2,3, Hamit·Yimit2,3

(1. Key Laboratory of Oasis Ecology, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046; 2. Xinjiang Key Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Area, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054; 3.College of Geographical Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054)

Abstract[Objective] The aim was to study characteristic difference of hydrogen and oxygen isotope in different water bodies of Bosten Lake Basin. [Method] The values of hydrogen and oxygen isotope in different water bodies in Bosten Lake Basin in 2014 were determined and compared with previous data from spatial and temporal layer. [Result] The lake water mean value of δ18O was -0.36‰, δD was -15.98‰, with relationship of δD=2.99δ18O-14.91; the river water mean value of δD was about -61.81‰, δ18O was -9.23‰, with relationship of δD=6.10δ18O-5.43; the groundwater mean of δ18O value was -8.11‰, δD was -57.01‰, with relationship of δD=4.61δ18O-19.68. The datum of river water, lake water and groundwater were all distributed around the Graig(1961) global and local meteoric water line in δ18O-δD coordinate system, indicating the characteristic of precipitation water. Compared with data in 2001, 2008 and 2011, there were some differences in various water bodies in different years, which may caused by different sampling points in each period. [Conclusion] The study provides theoretical basis for sustainable development of Bosten Lake Basin.

Key wordsBosten Lake; Kaidu River; Groundwater; Hydrogen and oxygen isotope

基金項目國家自然科學基金項目(U1138302，41561073)。

作者簡介努爾阿米乃姆·阿木克(1990- )，女，維吾爾族，新疆喀什人，碩士研究生，研究方向：干旱區(qū)資源與環(huán)境。

收稿日期2016-02-04

中圖分類號K 903

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-011-03