发布时间：2025-05-28

   在人口增长和气候变化的双重影响下，水资源的供需平衡正面临着前所未有的挑战。城市是经济与人口的高度密集区域，对城市区域的水循环过程进行探究，是提升区域水资源管理的有效举措。与天然河流相比，城市河流通常会因为城市发展的需要而被人类进行改造。大量的水利工程和多样化的城市河流补给源对河流的蒸发过程与混合模式产生了非常明显的改变。因此，准确量化这些人为改造对城市河流水循环过程的影响，有助于全面了解区域水文过程，加强地表水资源的管理。然而，由于河流水循环过程涉及多个相互关联的环节，并受到多种环境因素的共同作用，导致其水文过程难以准确识别和量化。三氧同位素（δ²H、δ¹⁸O和δ¹⁷O）在水循环过程中具有良好的示踪作用，对水体的来源、混合与蒸发过程具有敏感的响应。将三氧同位素应用到城市河流系统中，可为揭示城市河流水循环过程及其人为影响提供更加全面的见解。

   针对以上问题，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院本科生朱亚鑫在导师韩贵琳教授的指导下，以京津冀地区典型城市河流永定河为研究对象，结合三氧同位素以及相关模型，综合运用同位素水化学方法对城市河流的补给来源与蒸发模式进行了探究，并量化了人为活动对流域水循环的影响。取得主要进展如下：

    （1） 永定河三氧同位素数值处于全球较高水平（δ²H = −53.04‰, δ¹⁸O = −6.85‰, δ¹⁷O = −3.60‰）且波动幅度较大，具有空间异质性。大部分样品偏离全球大气降水线，从上游到下游的水线斜率逐渐增加（图1），指示了城市河流内部存在的多重水文过程。

    （2）结合京津冀地区地下水、雨水和上游支流等多种水体的氢氧同位素数据（图2），研究深入剖析了不同水体之间的内在联系。研究发现上游地下水与天然雨水对河流的补给较为显著，而在进入城市后，人工再生水对于维持河道的水位具有重要贡献。

    （3）综合考虑自然条件和人类活动对城市河流水循环的协同作用，研究通过相关性分析探究了温度等自然因素对河流蒸发过程的影响。借助同位素蒸发模型（图3），精确量化永定河上游官厅水库（8.7%）以及下游人工河道慢流（8.0%）对河水产生的额外蒸发量。

        这项工作为人类活动对城市河流水文循环的影响提供了定量认识，展现了三氧同位素在示踪城市河流水循环过程的巨大潜力，为城市群水资源的科学规划和可持续管理提供了参考。

图1 （a）三氧同位素和（b）水质参数在永定河流域的变化

图2  永定河流域不同水体δ²H与δ¹⁸O的关系

图3  永定河流域不同河段的¹⁷O-excess值及蒸发量

论文信息：Zhu Yaxin, Han Guilin*, Wang Di, Zhang Shitong, Gao Xi. Indication of triple oxygen isotopes to replenishment mechanisms and evaporation processes in Yongding River Basin, North China.Applied Geochemistry, 2025, 189: 106427.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2025.106427