现代水文学研究的新方向有哪些？

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自20世纪50年代以来，各种同位素技术被引入水文研究领域，为研究水循环特征提供了非常快速有效的途径，从而在获取地下水年龄、估算地下水滞留时间、不同水体间的混合比例以及水力联系等方面发挥了不可替代的作用。

为了解决研究区开发利用中的各种问题和挑战，更全面地研究和探索研究区的水循环特征，可以利用同位素技术对研究区的地表-地下水系统进行调查和分析，了解系统中不同水体的起源、消耗、补给、循环速度、水力联系和相互转化，为更好地开展水循环研究提供更好、更准确的信息。

20世纪50年代初，同位素技术被引入水科学领域。此时以人工同位素示踪技术为主要同位素技术，成功解决了水文和水文地质中存在的一些问题[1]，如利用单孔同位素示踪法测量地下水渗流场中水的流速和方向。然而，人工示踪法的操作受到场地条件、设备和仪器的限制，并可能造成水污染，从而破坏生态环境。另一方面，人工示踪法成本较高，难以实现连续动态监测[2]，因此应用范围非常有限，尚未大规模应用。

20世纪60年代以后，主要利用人工同位素的方法逐渐转向利用环境同位素技术的方法。环境同位素方法的出现改变了传统水文研究方法的模式，使水文过程的研究有了新的方向。这种方法是基于测量自然界中稳定同位素的变化来研究水文过程，从而获得一些传统方法无法获得的关键数据[3]，进而成为水科学领域一种重要的研究方法，有别于传统方法[4]。一般来说，氢和氧的两种同位素氘(D)和18O是稳定环境最常用的同位素，主要是因为它们是自然界水分子的成分，在自然界中具有良好的化学稳定性。正是这些优点使得这两种同位素成为理想的示踪剂[5]。自1961年以来，国际原子能机构和世界气象组织

组织(WMO)建立了全球精密同位素网络(GNIP)，氢氧同位素研究发展迅速，应用领域不断拓宽和扩大。比如根据大气降水中所包含的同位素信息，预测和发现河流、湖泊和各种地下水的转化关系和补给源区[6]。

20世纪七八十年代以后，由于同位素技术的迅速发展，同位素技术逐渐应用于流量过程线和降雨径流过程的划分。随着这两项技术的应用，同位素技术正式成为建立水文模型的重要方法。同位素技术在降水径流过程中的应用，主要是利用氘(D)和18O作为示踪剂，重新分析研究降水径流中降水与基流的比例。在流量过程线的划分中，同位素技术主要提供了一个物理基础，这个物理基础非常完善。Pearce等于1986，将流量过程线分为降水和地下水两部分。同时，根据水量质量守恒原理，建立了两项水流混合模型。之后，Dewalle等于1988。利用与上述相同的原理和方法，将壤土流从地下水中分离出来作为一项，然后根据质量守恒划分流量过程线，从而建立三项流混合模型。随后，基于同位素技术的各种应用和模型层出不穷，从稳定同位素到放射性同位素，发展极为迅速[7]。

随着同位素分析技术的提高和分析成本的降低，同位素在水文中的应用越来越广泛。与此同时，国内越来越多的人将同位素技术应用于水文研究。在中国，同位素技术的应用主要集中在研究径流分段、不同水体(或含水层)之间的水力联系和补给关系以及混合比例，地下水的起源和形成，包括地下水的循环深度、补给来源和补给高程，以及许多研究集中在咸水和地热水的成因，以及地下水污染的示踪，水中污染源的储存和运输过程，通过环境同位素研究库区或大坝的渗漏以及古气候和古环境。

基于质量守恒定律和瑞利分馏定律，可以分别导出静止水体中随时间动态变化的稳定同位素组成的微分方程模型和运动水体中随时间和空间变化的待定同位素组成的偏微分方程模型。通过数学方法，从理论上论证上述模型之间的内在联系，进而得出稳定同位素组成与河道运动水体中各种因素的定量关系，主要包括流量、流速、分流系数、蒸发率等。，为水体中稳定同位素组成信息的数值模拟提供了良好的数学基础。

在中国，靠近太平洋的东南地区常年受季风水汽影响。近年来，通过测量降水等水体中氢、氧的稳定同位素信息来追踪大气水循环路径已经成为一种非常常用的方法。在降水过程中，蒸发和凝结会导致降水的同位素组成发生变化。