青藏高原典型干旱内流流域锂-硼-锶富集地下水的水文地球化学特征、成因机制与可持续利用潜力

为解决干旱区内流盆地地下水微量元素富集带来的资源开发与水质安全矛盾问题，西南交通大学研究团队以柴达木盆地那棱格勒流域为研究对象，通过水文地球化学分析和PMF（正矩阵分解）模型，揭示了Li-B-Sr富集地下水的形成机制（46%蒸发作用、26%地热输入、28%水岩相互作用），发现仅15%地下水符合饮用标准，并构建了高原内流盆地微量元素富集概念模型，为全球类似流域资源-环境协同管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化和能源转型背景下，干旱区内流盆地地下水系统正面临资源开发与生态保护的双重挑战。青藏高原作为"亚洲水塔"，其封闭流域中锂(Li)、硼(B)、锶(Sr)等战略金属的异常富集现象，既创造了世界级盐湖资源，又导致水质恶化威胁居民健康。那棱格勒流域作为柴达木盆地最大的内流流域，其地下水TDS（总溶解固体）高达2932 mg/L，Li、B浓度分别超出饮用水标准50倍和14倍，这种"高价值-高风险"并存的矛盾现状，成为制约区域可持续发展的关键瓶颈。

为破解这一难题，西南交通大学团队在《Journal of Hydrology X》发表研究，综合运用水文地球化学图示法、正矩阵分解(PMF)模型、熵权水质指数(EWQI)和蒙特卡洛健康风险评估等技术，系统采集了39组水样（19组地下水+20组地表水），结合⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素和矿物饱和指数(SI)分析，首次揭示了高原内流盆地微量元素的三元成因机制。

研究结果可分为四个关键发现：

1. 1.

   水质特征

   通过Piper三线图和Gibbs图解析，发现流域水化学均呈Cl-Na型，TDS变异范围469-4779 mg/L，89%地下水Li(0.43-3.05 mg/L)、B(1.11-7.24 mg/L)超标。EWQI评估显示仅15%地下水适合饮用，且Li贡献了44%的水质恶化权重。

2. 2.

   成因机制

   PMF模型分解出6个控制因子：蒸发浓缩(46%)、地热输入(26%，源自布格达坂热泉)、硅酸盐(13%)/蒸发岩(10%)/碳酸盐(5%)溶解。地热流体通过断裂带输入大量Li(B/Cl比达8.5×10^-3)，而蒸发作用使溢出带地下水Sr浓度升至5.09 mg/L。

3. 3.

   健康风险

   蒙特卡洛模拟显示儿童HI（危害指数）均值达2.34，其中Li贡献67%风险值。敏感性分析表明浓度(93.6%)和摄入量(65.7%)是主要风险驱动因素，溢出带地下水因蒸发浓缩导致健康风险激增33%。

4. 4.

   可持续利用框架

   构建的概念模型指出：冲积扇区因埋深大(>100 m)、水循环快，形成优质淡水(EWQI<150)；而冲积平原区蒸发导致浅层水盐渍化，建议优先开发深层承压水。

该研究创新性地将资源禀赋与健康风险关联，提出"地热定基线-蒸发控风险-水岩调组分"的成因理论，为全球干旱区内流盆地实施"战略性资源开发-水质安全"双目标管理提供了范式。特别是发现蒸发作用通过改变水动力条件（冲积扇vs平原区差异达46%），动态调控着地下水可持续利用潜力，这一发现对青藏高原"水-能-粮"协同安全具有重要指导价值。未来研究需重点关注水动力异质性对Li-B-Sr迁移的调控机制，以及中下游土壤盐渍化的生态效应。