复杂内流盆地含水层系统中地下水盐度的时空动态演变与驱动机制

研究人员针对摩洛哥Bahira平原内流盆地含水层系统，通过213组水样的水化学和同位素分析，揭示了非承压含水层(EC高达60,000 μS.cm-1)与承压含水层(EC 500-3000 μS.cm-1)的盐度分异机制，发现蒸发浓缩、盐岩溶解和灌溉回流水是主要致盐因素，为干旱区内流盆地水资源管理提供了重要科学依据。

　　

在干旱半干旱地区，封闭的内流盆地(endorbieic basin)地下水系统正面临日益严重的盐碱化威胁。摩洛哥Bahira平原作为典型代表，其地下水盐度在近50年间从37,000 μS.cm^-1飙升至66,000 μS.cm^-1，严重制约着当地18万人口的农业灌溉和生活用水。这种盐度危机背后，究竟隐藏着怎样的水文地球化学机制？又该如何破解这个困扰干旱区内流盆地的世界性难题？

来自摩洛哥本·格雷尔穆罕默德六世理工大学（UM6P）和加拿大魁北克大学蒙特利尔分校的研究团队，在《Science of The Total Environment》发表了突破性研究成果。他们通过整合1970-2023年的2100组历史监测数据和最新采集的213组水样，运用水化学分析、PHREEQC模拟和稳定同位素(δ¹⁸O, δ²H)技术，结合二元混合模型，首次系统揭示了Bahira盆地含水层系统的盐度演化规律。

研究采用三大关键技术：1) 多时段采样策略（2022-2023年三次季节性采样）；2) 高精度离子色谱(HPIC)和腔衰荡光谱(Picarro L2140-i)分析主要离子和同位素；3) 基于PHREEQC的饱和指数(SI)计算和离子差值(Δ)分析。特别在Sebkha El Masjoune盐湖附近设置4米深的观测井，首次量化了灌溉回流对盐度的贡献。

4.1 水化学时空演变规律

数据显示非承压含水层呈现Na-Cl-SO₄型水化学相，Cl^-与Na⁺浓度呈0.99的强相关性。1970-2023年盐度空间分布显示：西部Jebilet山前地带EC<2000 μS.cm^-1，而东部盐湖周边EC高达66,000 μS.cm^-1，形成明显盐度梯度。Wilcox图示65%样本已不适宜灌溉。

4.2 盐化驱动机制

Na⁺/Cl^-摩尔比曲线揭示三个演化阶段：低盐度区(Cl^-<20 mEq.L^-1)比值>1反映逆向阳离子交换；中盐度区(20-100 mEq.L^-1)比值<1指示岩盐溶解；高盐度区(>100 mEq.L^-1)比值趋近1显示蒸发主导。Cl^-/Br^-比值证实盐岩溶解和农业污染双重贡献。

4.3 同位素示踪证据

δ¹⁸O-δ²H关系显示非承压含水层蒸发线斜率仅5.3，显著低于全球大气水线(GMWL)。实验井数据显示灌溉回流使EC从2900 μS.cm^-1剧增至121,000 μS.cm^-1。承压含水层同位素特征(-8.58‰<>¹⁸O<-4.92‰)表明其补给源自高海拔(1700m)降水。

这项研究首次量化了内流盆地"蒸发-溶解-灌溉回流"三位一体的盐化机制。非承压含水层受地表过程控制，盐度动态变化大；而承压含水层因构造隔离保持低盐稳定。研究提出的二元混合模型和离子差值法，为全球干旱区内流盆地水资源管理提供了新范式。特别值得注意的是，灌溉回流的盐分放大效应警示：在气候变化背景下，优化灌溉方式比单纯限制开采量更为关键。该成果对"北非水塔"阿特拉斯山脉周边200多个类似盆地具有直接指导意义。