摩洛哥Bahira平原封闭流域地下水盐分动态的多同位素与地球化学解析：对干旱区水资源可持续管理的启示

为解决干旱区封闭流域地下水盐渍化机制不明的问题，研究人员通过整合水文地球化学(EC、Na+/Cl?比值)与多同位素(δ18O-δ2H)技术，揭示摩洛哥Bahira平原含水层盐分来源与演化规律。研究发现非承压含水层因蒸发与灌溉回流水导致高盐度(EC达66,100 μS.cm?1)，而承压含水层受控于水岩相互作用(石膏溶解与阳离子交换)，为干旱区水资源管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱半干旱地区的水资源短缺问题日益严峻。摩洛哥中部的Bahira平原作为典型的封闭流域(endorheic basin)，其地下水系统正面临盐渍化加剧的威胁——这片3500平方公里的区域不仅是18万人口的生活水源，更支撑着快速扩张的灌溉农业(2005-2017年灌溉面积增长60%)。然而，持续干旱导致降水减少(<200 mm/年)、地下水超采引发水位下降，加之复杂的蒸发-溶解-混合过程，使得含水层盐度在40年间飙升近80%(最高达66,100 μS.cm^?1)，严重威胁区域水安全与农业可持续发展。

为破解这一难题，由摩洛哥穆罕默德六世理工大学(Université Mohammed VI Polytechnique, UM6P)牵头的研究团队，在《Science of The Total Environment》发表了突破性成果。研究人员采用多学科交叉方法，通过3次季节性采样(2022-2023年)获取213组地下水样本，结合历史监测数据(1970-2023年)，运用离子色谱(HPIC)、 cavity ring-down光谱(Picarro L2140-i)和PHREEQC模拟等技术，首次系统揭示了封闭流域盐分演化的三维驱动机制。

化学组成与盐分时空演变

通过分析128组水样的主要离子，发现非承压含水层呈现Na-Cl-SO₄型水化学相，盐度(EC 800-66,100 μS.cm^?1)显著高于承压含水层(552-4,600 μS.cm^?1)。时空动态显示中央盐湖(Sehb El Masjoune)周边形成盐度热点，40年间盐度增长78%，印证蒸发浓缩与灌溉回流的叠加效应。

盐分形成过程解析

1. 端元混合与离子贡献：Na⁺/Cl^?摩尔比曲线揭示淡水-盐湖水的非线性混合，Cl^?-Na⁺强相关(r=0.99)指示岩盐溶解主导盐分来源。

2. 水岩相互作用：PHREEQC模拟显示石膏持续溶解(SI_gypsum=-2.7~0.2)，而方解石沉淀(SI_calcite>0)引发去白云石化反应(CaMg(CO₃)₂+Ca²⁺→2CaCO₃+Mg²⁺)。

3. 阳离子交换：ΔNa-ΔCa-Mg离子差值量化显示，低盐度区逆向交换(黏土释放Na⁺)，高盐度区正向交换(吸附Na⁺释放Ca²⁺/Mg²⁺)。

同位素示踪与补给机制

δ¹⁸O-δ²H数据将含水层划分为三类：西部非蒸发区(GMWL沿线，δ¹⁸O=-5.53‰)、中央强蒸发区(斜率4.2，δ¹⁸O=-5.85‰)和Tassaoute外来补给区(δ¹⁸O=-8.20‰)。高程梯度模型证实补给源自Jebilet山脉(400-1,700 m)，而盐湖周边同位素富集(δ²H=-28‰)验证了"降水-蒸发-盐分淋滤"的恶性循环。

这项研究创新性地构建了封闭流域盐渍化的"三元驱动模型"：蒸发浓缩、岩盐溶解与人为活动的协同作用。其科学价值在于：① 揭示干旱区含水层盐分的空间异质性本质；② 开发基于Δ离子差值的混合过程量化方法；③ 提出"分层开发承压含水层+西部人工回灌"的适应性管理策略。这些发现为全球2.3亿人生活的封闭流域提供了可借鉴的水资源保护范式，尤其对北非、中东等面临类似挑战的地区具有重要指导意义。