《Journal of South American Earth Sciences》：Stable isotopes (δ2H, δ18O) as tracers of hydrological connectivity in a structurally controlled multilayered aquifer system of the Pampean Plain, Argentina
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米格尔·帕斯库伊尼（Miguel Pascuini）|阿德里亚娜·卡布雷拉（Adriana Cabrera）|莫妮卡·布拉拉辛（Mónica Blarasin）|法蒂玛·贝彻·基诺多兹（Fátima Bécher Quinodóz）|圣地亚哥·普兰帕罗（Santiago Prám
米格尔·帕斯库伊尼（Miguel Pascuini）|阿德里亚娜·卡布雷拉（Adriana Cabrera）|莫妮卡·布拉拉辛（Mónica Blarasin）|法蒂玛·贝彻·基诺多兹（Fátima Bécher Quinodóz）|圣地亚哥·普兰帕罗（Santiago Prámparo）|格曼·施罗特（Germán Schroeter）|维罗妮卡·卢特里（Verónica Lutri）
阿根廷国家科学技术研究委员会（Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - CONICET）
摘要
本研究结合了稳定同位素分析（δ2H, δ18O）与地质和水文方法，以探讨阿根廷Chucul河流域多层含水层系统的水文连通性。研究结果表明，地表水的同位素组成反映了不同的蒸发程度以及地表水与地下水之间的相互作用。这些作用范围从孤立的蒸发湖到由溪流补给的相互连接的湖泊不等。非承压含水层表现出明显的同位素分区：上游流域为补给区（受同位素贫乏的山麓水影响），中游流域为活跃混合区（主要受当地降水影响），下游流域为区域排放区，其特征是水体更加贫瘠，这表明存在来自承压含水层的向上流动，这些承压含水层的水位较高且水体较古老。承压含水层系统（CAS）具有不同的补给来源：西部的CAS A1/A2区域在山麓地区得到补给，而更深处的东部系统（CAS C/D）则含有较古老的水体，表明补给发生在较寒冷的古气候时期。研究指出，脆弱的地质结构是控制地形、水流路径、水力关系和盐碱化趋势的主要因素，同时西-东方向的同位素降水量梯度也起到了重要作用。此外，某些局部人类活动也会导致水体混合。这些发现为可持续水资源管理提供了重要理论依据，并为未来的针对性研究提供了参考。
引言
21世纪，全球水资源管理面临着前所未有的挑战（Khilchevskyi等人，2020年）。日益严重的全球水危机需要创新的方法来改善水资源利用。目前，大多数国家正面临巨大的水资源压力，据估计，到2030年，全球水资源需求与供应之间的缺口将达到40%（Racheeti，2024年）。
在阿根廷，超过75%的领土属于干旱或半干旱地区（Busso和Fernández，2017年）。主要问题在于农村地区水资源分配不均，11%的人口缺乏自来水供应。由于农业和畜牧业活动，再加上某些地区天然水质较差（含有砷和氟化物），农村社区面临水污染问题（Blarasin等人，2021年；Pramparo等人，2023年；Bécher Quinodóz等人，2024年；Pascuini等人，2025a年）。特别是在科尔多瓦省，水资源管理涉及多种生产活动及人类消费的需求。在这种情况下，需要全面了解控制地表水和地下水循环、补给、排放及水质的各种地质过程。
地表水与地下水之间的相互作用对于评估水资源的可用性和稳定性至关重要（Banerjee和Ganguly，2023年）。在像非承压含水层和承压含水层共存的复杂水文地质系统中，这些相互作用受到不同层次流动（局部、中间和区域）的调节（Banerjee和Ganguly，2023年；Toth，1963年；Oliveira等人，2022年；Santarosa等人，2022年）。这些水流可以在不同深度的含水层之间交换水分，或将其排入地表水体。这些过程的空间和时间表现受地形、地质结构、地貌和气候因素共同影响，这些因素共同决定了每个区域的水文动态。
稳定水同位素（18O和2H）已成为水资源可持续管理的重要工具。这些同位素作为天然示踪剂，可以提供关于含水层补给、水体混合、过去和当前气候条件、蒸发过程、地热资源存在情况以及污染过程的信息（Clark，2015年；Cabrera等人，2017年；Cabrera等人，2019年；Blarasin等人，2021年）。
阿根廷潘帕斯平原面积约为150万平方公里，包含大量的非承压和承压含水层。在科尔多瓦省，同位素研究对于理解复杂的水文地质系统非常有用（Blarasin等人，2014年；Maldonado等人，2018年）。然而，许多水文地质方面的详细信息尚未完全掌握。
区域构造结构的存在显著影响了这片广阔的查科-潘帕斯平原的地形和水文特征。研究者们（Degiovanni等人，2005年；Sagripanti等人，2022年；Degiovanni等人，2005年）指出，该地区的断裂导致了地壳运动方向的反转，从而形成了多样的地貌和排水系统的变化。检测到的褶皱和弯曲等变形表明，在第四纪期间存在构造活动，这是“科尔多瓦和圣路易斯潘帕斯山脉”及潘帕斯平原地区最新的地质变形（Sagripanti等人，2022年）。
本研究聚焦于位于科尔多瓦省的Chucul河流域（236,200公顷，见图1）。该河流发源于一个构造凹陷处，流经一系列风成湖泊，最终注入广阔的“Ba?ados del Saladillo”湿地。该地区具有复杂的水文地质特征，包括从强烈起伏的地形到排水不畅的河流-风成平原等多种地貌单元。
本研究旨在阐明阿根廷潘帕斯平原多层含水层系统的水文连通性。通过使用δ2H和δ18O等示踪剂以及其他传统水文地质方法，研究Chucul河流域含水层系统与地表水体之间的补给、循环和排放过程。研究结果将有助于提升区域水文地质认识，并为在水资源压力不断增加的背景下实现可持续管理提供依据。
章节摘录
区域背景
研究区域包括七个位于流域内或边缘的小村庄。该地区的主要产业是农业，种植小麦、向日葵、玉米和大豆等作物，采用免耕种植方式。然而，过度依赖农用化学品和轮作制度（Bula等人，2024年）。集约化畜牧业（包括饲养场和奶牛场）通常集中在土壤质量较差的地区。
材料与方法
使用QGIS（版本3.22.15）通过办公室制图和野外验证的迭代过程制作了地质-地貌地图。2022年3月至4月的南半球秋季期间，在13个站点进行了地表水文测量。使用OTT水文仪通过平均截面法测量各站点的流量。流量（Q）的计算公式为Q = A×v，其中A为横截面积，v为平均流速。
水文特征
该流域的主要水源是Chucul河，长度约为200公里。它发源于Coronel Baigorria镇以东的Baigorria河与Aguas Claras河的交汇处，并在过去50多年中得到了自流井（C3）的补充（见图8）。排水系统由一条三级主河道和若干一级永久性及临时性支流组成。Mosso河的补给来源复杂，既有自然补给也有地下水补给。
讨论
在Chucul河流域，地貌受到一系列脆弱地质结构的影响（Degiovanni等人，2005年；Sagripanti和Andreazzini，2025年；Sagripanti和Villalba，2011年；Sagripanti和Villalba，2020年；Sagripanti和Origlia，2023年；Passotti，1974年）。这些结构决定了地壳块的相对位移，形成了不同的地形和地貌特征。此外，第四纪时期的气候变化也影响了该地区的地貌。
结论
稳定同位素（δ2H, δ18O）的综合分析有效揭示了地表水与潘帕斯平原复杂多层含水层系统之间的水文连通性和流动模式。关键研究发现表明，该系统的功能主要受地质结构控制，这些地质结构又影响了地貌。结合气候和某些局部人类活动，这些因素共同决定了地表水与地下水之间的连通性。
关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写本文期间，作者使用了[Grammarly和DeepL]工具来辅助英语写作和修改。使用这些工具后，作者对内容进行了审查和编辑，并对发表文章的内容负全责。
资金来源与利益冲突
本研究得到了阿根廷国家科学技术研究委员会（Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - CONICET）、里奥库阿托大学（Universidad Nacional de Río Cuarto）以及阿根廷科学技术研究基金（Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica - FONCYT，项目编号2019-0434）的支持。
作者声明不存在利益冲突。
米格尔·帕斯库伊尼（Miguel Pascuini）：概念构思、数据整理、数据分析、研究、初稿撰写、修订与编辑。阿德里亚娜·卡布雷拉（Adriana Cabrera）：概念构思、研究、初稿撰写、修订与编辑。莫妮卡·布拉拉辛（Mónica Blarasin）：概念构思、数据分析、研究、初稿撰写、修订与编辑。法蒂玛·贝彻·基诺多兹（Fátima Bécher Quinodóz）：研究。圣地亚哥·普兰帕罗（Santiago Prámparo）：数据整理。格曼·施罗特（Germán Schroeter）：数据整理。维罗妮卡·卢特里（Verónica Lutri）：数据整理。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）对部分作者的学术支持，以及资助这项研究的各类组织。
