华北平原山地流域多水库系统对水循环及水文化学演化的影响机制研究

《Journal of Environmental Sciences》：Impacts of multiple reservoirs on hydrological cycle and hydrochemical evolution in a mountainous river basin of the North China Plain

本文系统探讨了华北平原上游漳河流域三座大型水库对河-地下水交互作用及水文化学演变的深刻影响。通过稳定同位素（δ18O和δD）与水文地球化学分析，揭示了水库调控下不同河段的水源混合机制（EMMA模型）及水化学类型演化规律（如Ca-HCO3→Na-Ca-SO4-Cl），为大型水库流域水资源协同管理提供了关键科学依据。

　　

Highlight

Isotopic compositions in precipitation, surface water, and groundwater

降水、地表水和地下水的同位素组成显示：地表水样品和地下水样品的δ¹⁸O与δD值分布特征及当地大气水线（LMWL: δD=6.42δ¹⁸O?4.66）表明，研究区水体经历了明显的二次蒸发作用。所有地下水样品均落在LMWL附近，说明其以降水补给为主且蒸发影响较弱。而水库水因滞留时间较长，同位素富集效应显著，呈现最重的同位素信号。

Upstream and downstream waters’ recharge sources

在旱季采样条件下，河水和地下水的同位素变化主要受二者混合作用控制。端元混合分析（EMMA）揭示：关河水库下游河水由邻近地下水（约76%）和水库泄水（约24%）共同补给；后湾水库下游河水则来自水库水（约78%）和地下水（约22%）；而漳泽水库下游地下水仅少量（约17%）受河水补给。化学指标进一步证实，从上游经水库至下游，河水盐度呈现渐进式累积特征。

Conclusions

本研究通过联合运用水同位素（δ¹⁸O和δD）与水化学分析，构建了大型水库干扰下的河-地下水交互概念模型。关河与后湾水库的上游河水主要受地下水补给，而下游河水则显著受水库调控；漳泽水库下游则表现为河水对地下水的微弱补给。水化学类型从上游（Ca-HCO₃和Na-HCO₃）向下游（Ca-Na-HCO₃和Na-Ca-SO₄-Cl）的演变与水库水化学特征（Ca-Na-HCO₃和Na-Ca-混合阴离子）密切关联。值得注意的是，沿岸地下水化学类型（Ca-HCO₃）未受水库与河水的显著影响，其演化主要受脱白云化作用、蒸发岩风化、阳离子交换及人为污染控制。