利用水文地球化学和同位素特征推断毛里塔尼亚沿海沉积含水层盆地地下水盐碱化情况

《Journal of Hydrology》：Hydrogeochemical and isotopic characteristics to infer groundwater salinization in the Mauritanian coastal sedimentary aquifer basin

毛里塔尼亚沿海盆地（MCB）含水层系统地下水盐渍化过程及空间分异规律研究。通过195个水样（2013-2019年）的水文地球化学及稳定同位素（δ1?O、δ2H）分析，揭示冲积层、大陆终端层（分潜水和亚潜水）及埃俄尼亚层不同含水系统的矿物化特征与盐渍化机制。发现深层埃俄尼亚含水层Ca-HCO?型淡水占比78%，符合WHO饮用水标准70%；而大陆终端潜水层Na-Cl型高矿化水占52%，盐度高达74,019 mg/L，主要受海水入侵（16.7%）和蒸发浓缩（66.7%）控制。稳定同位素显示67.8%水样d-excess<5‰，证实蒸发作用主导。空间分异呈现从深到浅盐渍化加剧趋势：埃俄尼亚层（70%达标）、冲积层（79%达标）、大陆终端亚潜水层（43%达标）、大陆终端潜水层（19%达标）。研究提出分层管理策略，优先利用深层未受盐渍化影响的水资源，并加强浅层海水入侵区及农业污染区的监测治理。

　　本文探讨了毛里塔尼亚沿海盆地（MCB）地下水资源的矿物化和盐碱化过程，研究了不同含水层系统中水化学特征的变化，并结合同位素分析来识别盐碱化的成因。研究结果揭示了该地区地下水质量的显著差异，以及盐碱化对不同深度含水层的影响，对制定可持续的水资源管理策略具有重要意义。

MCB位于毛里塔尼德山脉和大西洋之间，涵盖了四个主要的含水层系统：冲积层、大陆终端（包括潜水层和地下潜水层）以及始新世层。这一半干旱地区的地下水是满足当地人口饮用水需求、工业和农业用水的关键资源。然而，随着人口增长和用水需求的增加，地下水的过度开采已导致盐碱化问题日益严重，对饮用水安全和农业灌溉构成了重大挑战。

本研究通过采集195个水样（包括地表水、挖掘井、水位计和钻孔），并采用水文地球化学和同位素分析方法，全面评估了不同含水层系统的地下水质量变化。研究结果表明，随着含水层从深层向浅层过渡，地下水的矿物化程度逐渐增加，从深层的Ca-HCO?淡水到浅层的Na-Cl高盐度水。这一趋势反映了不同的地质和水文过程对地下水化学成分的控制，包括硅酸盐风化、碳酸盐溶解、海水入侵和蒸发浓缩等。

研究还发现，深层含水层（如始新世层）的水质量符合世界卫生组织（WHO）饮用水标准的比例较高，达到70%。相比之下，浅层大陆终端含水层（CT phreatic）仅19%的水样符合标准，这说明浅层含水层更容易受到盐碱化和人类活动的影响。这种质量变化的模式为制定深度分层的水资源管理策略提供了重要依据，尤其是在沿海沉积盆地中，浅层含水层的盐碱化趋势更加明显。

水化学特征分析显示，不同含水层的离子组成存在显著差异。例如，始新世含水层以碳酸盐溶解和硅酸盐风化为主，而大陆终端潜水层则显示出明显的海水入侵迹象。此外，研究还利用溴化物与氯化物的比值以及稳定同位素（δ1?O和δ2H）来区分不同的盐碱化机制。溴化物作为保守性示踪剂，能够有效识别海水混合和蒸发浓缩的过程，同时也能反映人类活动对地下水的污染。稳定同位素分析进一步证实了蒸发作用的广泛影响，表明大部分地下水样本经历了蒸发浓缩过程，从而改变了其化学组成。

通过Gibbs图和二元相关分析，研究揭示了地下水化学演变的主要控制因素。这些分析显示，水岩相互作用是各含水层中最普遍的过程，而蒸发和海水入侵则主要影响浅层含水层。此外，硝酸盐与氯化物的比值分析表明，部分地下水样本受到农业和生活污水的污染，特别是在努瓦克肖特和塔西斯特等城市地区，这种污染现象更为显著。

研究还强调了海水入侵在该地区地下水盐碱化中的关键作用。通过同位素数据和水化学特征的综合分析，可以确定海水对浅层含水层的影响，特别是在靠近海岸线的区域。同时，研究指出，深层含水层可能受到古气候条件的影响，因此这些地下水可能具有非可再生的特性，需要谨慎管理，以防止水质恶化。

基于上述发现，本文提出了一个概念性的水文地球化学模型，以综合解释MCB地下水系统的演变过程。该模型展示了从降水补给到地下水排放区域的水文地质和地球化学过程，包括碳酸盐和硅酸盐的溶解、水平地下水流动促进的水岩相互作用、以及海水入侵导致的蒸发浓缩。该模型支持深度分层的水资源管理策略，特别是优先利用深层含水层，同时限制浅层含水层的饮用用途，将其用于灌溉等非饮用目的。

研究结果对水资源管理具有直接的指导意义。首先，需要制定深度分层的开采策略，以保护深层含水层的水质。其次，在沿海城市地区，如努瓦克肖特，应优先建设针对性的脱盐基础设施，以应对海水入侵带来的高盐度问题。此外，应加强对淡水与咸水过渡区域的监测网络，特别是在大陆终端地下潜水层，其中超过57%的样本不符合WHO标准。最后，应采取措施控制人类活动对地下水的污染，特别是农业和生活污水导致的硝酸盐浓度升高。

总体而言，本研究通过多学科方法，为毛里塔尼亚沿海盆地的地下水盐碱化问题提供了深入的理解。这些发现不仅有助于识别盐碱化的成因，还为制定可持续的水资源管理策略提供了科学依据。未来的研究应进一步探讨地下水补给机制、地下水与地表水的相互作用以及通过放射性碳测定等方法确定地下水的停留时间，以更全面地了解该地区的水文地球化学系统，并在人类活动和气候变化的双重压力下，提高水资源管理的科学性和有效性。