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同位素技术在水文水资源领域的应用

摘要：同位素技术已广泛应用于环境科学研究领域。放射性同位素定年技术在环境污染历史与稳定性同位素示踪有着成熟的理论研究，利用稳定同位素分析污染源的实践取得重大进展。

???????关键词：同位素技术；水文水资源领域；应用

???????前言

???????同位素技术出现于20世纪40～50年代，随着逐渐发展成熟成为了一种有效的失踪手段。稳定同位素的研究最早是应用于地质、物理学科等领域，随着技术的不断革新和发展，慢慢地向水文学和植物学等方面渗透，并且得到了较好的应用。

???????1水资源问题分析

???????众所周知，地下水资源是干旱、半干旱地区工业、农业和生活用水的重要来源。例如在西班牙，地下水提供了全国总用水量的1／5，并灌溉了全国1／3以上的农田。我国首都北京市同样处于温带半干旱半湿润地带，水资源天然禀赋不足，全市2／3以上的供水量来自地下水资源。自20世纪70年代以来，北京因地表水的减少和地下水开采量增加，地下水逐年亏损。超量开采地下水造成水位下降，形成水位降落漏斗，产生地面沉降、水质污染等问题?。为缓解紧张的用水形势，保障城市供水，很多地区利用再生水进行农田灌溉。但目前多数城市工业废水和城市生活污水排放量大幅增加，污水处理设施能力明显不足，再生水灌溉严重威胁到地下水水质安全。在沿海地区，地下水超采还会引发海水入侵，导致地下水咸化、地下水水质退化等问题。面临日益严峻的地下水资源短缺及地下水水质恶化等问题，人们迫切的需要在地下水水质状况、污染状况、污染物来源、迁移及归趋、水资源管理等等方面展开深入细致的研究。水文地球化学特征与同位素特征分析相结合的研究方法，已成为广大研究者用于研究地下水资源管理及污染物来源及迁移转化的重要手段。

???????2同位素技术的应用原理与分析方法

???????2.1放射性同位素定年原理

???????放射性同位素技术在环境定年中主要是利用其衰减规律。按照放射性衰变的定律，母体衰减，子体积累，不断记录下时间参数，此即放射性同位素年龄测定的基本原理。依据此原理，可以给出放射性同位素测年的基本公式：At=A0×e－λt。

???????式中：A0为母体的初始放射性活度；At为经过t时间后的放射性活度；λ为衰变常数。时间可以表示为：t=（1/λ）ln（A0/At）。通常放射性同位素的不稳定性用半衰期（T1/2）表示，λ=ln2/T1/2=0.693/T1/2。由于已知放射性同位素的半衰期均已测定，所以可以通过测试样品（土壤、沉积物、地下水等）的放射性活度来计算其年龄。

???????2.2稳定同位素应用原理

???????由于特定来源的物质有特定的同位素组成，某种元素的不同同位素在物质中的丰度比可以作为该种物质的标志。通过测定同位素丰度比，可以对环境中某种物质的迁移过程及来源等进行判定或研究。例如，一般认为典型的海洋有机碳的同位素值为－22‰～19‰，典型的陆源C3植物有机碳的同位素值为－28‰～－26‰，C4植物有机碳的同位素平均值为－14‰。因此，可以根据沉积物中的C同位素值确定其中有机物是来自陆地还是海洋，结合C/N值还可以比较准确地确定陆源和海源有机物的贡献率。

???????2.3稳定同位素分析方法

???????常用的稳定同位素分析方法见表1，包括光谱法、气相色谱法、中子活化分析法、质谱法等。其衰减规律。按照放射性衰变的定律，母体衰减，子体积累，不断记录下时间参数，此即放射性同位素年龄测定的基本原理。依据此原理，可以给出放射性同位素测年的基本公式：At=A0×e－λt。式中：A0为母体的初始放射性活度；At为经过t时间后的放射性活度；λ为衰变常数。时间可以表示为：t=（1/λ）ln（A0/At）。通常放射性同位素的不稳定性用半衰期（T1/2）表示，λ=ln2/T1/2=0.693/T1/2。由于已知放射性同位素的半衰期均已测定，所以可以通过测试样品（土壤、沉积物、地下水等）的放射性活度来计算其年龄。

???????表1稳定同位素分析方法

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???????3具体应用

???????3.1示踪物

???????示踪物是添加进系统内来研究系统动态行为的一种物质。作为示踪物在系统内其行动应该或多或少与大批的材料相似，但是能分辨出来以便探测，示踪物的数量应该少，且它的增加不至引起系统的任何干扰，放射性同位素的示踪物能很好地满足上述条件。

???????3.2同位素的选择

???????放射性同位素的选择范围很广，适合研究时段和研究目的同位素，同时还要满足安全的需要，，但表中并未包括全部，其他的放射性同位素诸如钠-24，铷-86，钴-60有时也被一些实验室所采用，最常用的有铱-192，金-198，钪-46，钽-182，钕-