玛纳斯河流域是新疆天山北坡地带经济发展的核心地区,位于我国西北内陆干旱区,气候条件干燥,雨量稀少,蒸发量大,水资源时空分布不均。另外,随着当地社会经济的飞速发展,水资源需求量逐年增加,造成水资源供需矛盾日益突出,使流域出现了一系列生态环境问题,比如河道断流、植被退化以及土壤盐渍化等等。水资源问题已经成为约束区域经济可持续发展的关键因素,而有效评估流域水循环过程是解决这类问题的前提。因此,本文主要运用氢氧稳定同位素分析与放射性同位素示踪技术,对流域地表水与地下水转化关系进行研究分析,本次研究对流域水资源合理规划以及维系生态平衡具有重要科学指导意义。主要研究成果如下:(1)通过分析流域降水、地表水、土壤水和地下水中δ2H和δ18O组成特性,建立当地大气降水线及其他蒸发线性方程,探究四者之间的相互补给关系,同时分析各水体中δ2H和δ18O的时空变化特征,确定其影响因素,进一步阐明地下水的补排关系。(2)基于不同时期降水中放射性同位素氚值(3H)大小,采用模型推算地下水年龄。结果表明流域地下水中氚值从山区到冲积平原逐渐减小,即地下水年龄由南向北逐渐增大,这与模拟的流域地下水流场方向(由南向北)一致,证实地下水在含水层中的径流条件沿玛河逐渐变差。上述结果暗示中上游地下水主要来自高海拔区现代水入渗补给,而下游地下水主要来自高海拔区前现代水或大部分前现代水和现代水混合入渗补给。(3)以稳定同位素和水文地质条件为基础,利用IsoSource软件进行多元混合模型计算,定性、定量分析了玛河流域地表水与地下水之间的变化关系。结果表明流域水资源主要来自山区大气降水,其中地表水资源55.0%~68.0%来自上游大气降水,其余来自地下水补给。在地下水资源方面,浅层地下水主要来自河道、渠系渗漏以及山前侧向补给,降水直接入渗补给只有4.0%~18.0%,深层地下水主要来自地下水垂向和侧向补给,受地表水和降水入渗补给十分微弱。(4)流域地表水与地下水从南部山区到北部平原主要经历了三次不同的转化过程。首先大气降水在山区汇集成河水,河水再以渗漏补给方式转化为地下水;往下游到冲积扇平原,河水继续以河道渗漏的形式向地下水转变,当河水到达冲积扇溢出带后,地下水以泉水溢出的形式转变为河水;在冲积扇以北冲积平原区,河水主要以农田灌溉的方式间接补给地下水,之后余下的河水和渠系水在蒸发作用以及人类活动影响下被逐渐消耗。总体而言,在人类活动和自然环境变化的双重影响下,流域地表水与地下水交互作用变得非常复杂。上述成果为合理规划流域水资源提供了参考依据,对研究典型干旱区内陆河流域地表水与地下水转化规律具有重要理论和实际意义。