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沧州市是河北平原淡水资源最为紧缺的城市之一,人均水资源占有量约192m3,仅占全国人均占有量的8%。如何合理开发利用地下淡水资源和改造地下咸水资源,成为满足当地供水和水资源管理需求的重点关注问题。本文在历史地理、古气候变化和环境影响分析的基础上,结合水文地球化学和稳定同位素方法,从多学科角度综合研究了沧州市浅层地下水盐分溶质演化过程以及地下水补给来源和分层关系。沧州市浅层地下水水位动态分析、主要离子对比、可溶盐化学平衡以及饱和指数计算等研究表明,在干季和湿季交替作用下,地面和饱气带中易溶盐处于不断的沉淀—溶解循环过程中。旱季,水分完全蒸发,矿物全部沉淀;雨季和灌溉季节,有选择性地把溶解能力强的可溶盐优先溶解到水中,排除了海水组分来源,而难溶的碳酸盐类矿物易于形成胶结物,保留在土壤层和包气带中。将沧州市当地浅层地下水(井深5~15m)的氢氧稳定同位素值与石家庄降水的氢氧稳定同位素加权平均值(IAEA)和格陵兰冰芯相对比,认为这些浅层地下水的δ2H值(-60~-55‰)和δ18O值(-8.4~-7.9‰)可代表当地全新世降水补给的氢氧同位素特征值。同时,当地水样14C数据估算和格陵兰冰芯对比结果判定,深层地下水(井深300~450m)的δ2H值(-76~-72‰)和δ18O值(-10.7~-10.1‰)可看作是晚更新世冰期古水补给,地下水滞留时间距今2.56~6万年。其他浅层地下水(井深10~50m)样点的δ2H值(-69~-59‰)和δ18O值(-9.6~-8.2‰)明显低于全新世降水补给的氢氧稳定同位素值,结合当地水文地质条件和历史地理状况,认为该层地下水主要为全新世黄河河水补给。因此,本次研究所取得的氢氧稳定同位素数据可将沧州市采样点的地下水划分为三组:(1)埋深5~15m的7件样品为当地全新世降水补给,(2)埋深10~50m的9件样品以全新世黄河河水补给为主,和(3)埋深300~450m的5件样品为晚更新世冰期古水。主要离子关系和卤族元素分析进一步从溶质角度论证了上述三组地下水入渗环境的异同,有效地避免了单一应用稳定同位素方法的多解性。本文综合应用了地下水动力学以及水文地球化学和氢氧稳定同位素等多种示踪方法,并充分考虑了古气候变化、当地历史地理条件和环境影响状况对沧州市地下水环境的影响。研究结论相辅相成,互相佐证,弥补了单一研究方法可能存在不足,对于认识当地地下水补给来源和地下水咸化过程具有理论指导意义,同时也为地下水资源的开发利用和咸水改造提供了充分的科学依据。