水文水資源領(lǐng)域中同位素技術(shù)的應(yīng)用
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同位素技術(shù)是指將同位素或同位素的標(biāo)記化合物通過(guò)生物、物理或者化學(xué)手段滲透進(jìn)研究對(duì)象里，再利用生物、化學(xué)、物理等科學(xué)手段追蹤同位素的位置、變化情況的技術(shù)。同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用主要是將同位素特別是氫氧同位素投入到需要研究的水域中，根據(jù)同位素的變化情況和所在位置分析可利用的淡水資源的位置和淡水資源的含量。在水文水資源領(lǐng)域運(yùn)用同位素技術(shù)對(duì)于人們分析水循環(huán)的過(guò)程，幫助人們更加合理的運(yùn)用水資源具有重要的意義。
1在水文水資源領(lǐng)域運(yùn)用同位素技術(shù)的必要性
水是人類(lèi)賴(lài)以生存的自然資源，由于地球上大部分可供人類(lèi)使用的淡水都被凍結(jié)在冰層下或在地表層以下，地球上可供人類(lèi)直接使用的淡水資源少之又少。近年來(lái)，由于全球變暖現(xiàn)象加劇，冰川融化，一些湖泊、河流的淡水資源受到了影響。另一方面，由于人們沒(méi)有節(jié)水意識(shí)，浪費(fèi)飲用水，污染水資源，導(dǎo)致淡水資源越來(lái)越少。中國(guó)是堅(jiān)持走具有中國(guó)特色的社會(huì)主義國(guó)家路線的發(fā)展中國(guó)家，國(guó)家占地面積大，人口多，區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)，各個(gè)地區(qū)的水資源也無(wú)法做到共享。即使為了促進(jìn)資源、環(huán)境、社會(huì)、人口的協(xié)調(diào)發(fā)展引進(jìn)了南水北調(diào)工程，但也只是杯水車(chē)薪，只能緩解北方人民的部分用水問(wèn)題，而不能從根本上解決北方人民的飲水問(wèn)題。近年來(lái)，世界各地因水資源污染，水資源不夠用等問(wèn)題引發(fā)的事件不計(jì)其數(shù)，如日本的水俁病事件，居民因?yàn)轱嬘昧嘶S倒入河流的含有有機(jī)汞的水，引起汞中毒，變得精神失常甚至死亡;羅馬尼亞的金礦事件，金礦流出的氰化物廢水毒死了河流里百分之八十的魚(yú)類(lèi);中國(guó)的松花江水污染事件，化工廠的苯類(lèi)污染物流入松花江，嚴(yán)重影響了沿岸居民的生活等。水污染不僅影響了人們的日常生活，威脅了人們的生命安全，還引起了人們心理上的恐慌，導(dǎo)致人們不敢飲用自來(lái)水，瘋狂購(gòu)買(mǎi)礦泉水及凈水機(jī)器等。水資源短缺和水污染使人們開(kāi)始正視節(jié)約水資源的重要性，在水文水資源領(lǐng)域運(yùn)用同位素分析水循環(huán)的過(guò)程，幫助人們更好的節(jié)約用水的工作迫在眉睫。
2同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用
2．1研究水體蒸發(fā)
同位素技術(shù)是指將同位素或同位素的標(biāo)記化合物通過(guò)生物、物理或者化學(xué)手段滲透進(jìn)研究對(duì)象里，再利用生物、化學(xué)、物理等科學(xué)手段追蹤同位素的位置、變化情況的技術(shù)。同位素分為放射性同位素和穩(wěn)定性同位素，在科學(xué)運(yùn)用中，對(duì)不同的同位素用不同的辦法測(cè)量。穩(wěn)定性同位素使用質(zhì)譜分析法測(cè)定，放射性同位素則通過(guò)蓋革計(jì)數(shù)器或者閃爍計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。目前同位素的運(yùn)用主要表現(xiàn)為放射性自顯影法、同位素稀釋法和放射性免疫分析法。在水文水資源領(lǐng)域運(yùn)用同位素技術(shù)的主要原因是靈敏、方便、輕巧、可追蹤位置。同位素具有不同種類(lèi)，針對(duì)水循環(huán)的不同階段用不同的同位素研究。一般用氫氧同位素研究水循環(huán)的雨水蒸發(fā)階段。將氫氧同位素投入到海水中，當(dāng)海水在太陽(yáng)照射下受熱蒸發(fā)時(shí)，輕的同位素從水蒸氣中分離出來(lái)進(jìn)入大氣，當(dāng)大氣受到溫度變化形成雨滴時(shí)，重的同位素又在雨滴之前融入海水。這樣隨著同位素因溫度的變化在水體中分解和融合的過(guò)程對(duì)同位素進(jìn)行追蹤，觀察同位素的體積和重量變化，分析水體蒸發(fā)和降雨過(guò)程中大氣中水含量的變化。降雨是水文領(lǐng)域的關(guān)鍵研究部分，在沒(méi)有同位素技術(shù)前，人們僅僅能推測(cè)降雨時(shí)間，無(wú)法計(jì)算降雨量。同位素比水分子輕，對(duì)溫度的感應(yīng)能力又比水分子靈敏，有利于幫助研究人員分析地表水和大氣中水分相互轉(zhuǎn)換的形式，為計(jì)算水蒸發(fā)提供確切的數(shù)字，彌補(bǔ)之前研究降雨量和蒸發(fā)量在水循環(huán)中的作用時(shí)的資料信息不全的問(wèn)題。
2．2分析地表涇流的流向
地球百分之七十的面積都被水覆蓋，但是其中絕大部分為不可用的咸水，只有少部分是可供人類(lèi)維持生命的淡水，而且將近百分之七十的淡水被凍結(jié)在冰層之下，可供人類(lèi)直接獲取的淡水不到水資源總量的百分之一。由于水資源污染嚴(yán)重，分析地表下的水資源含量、流動(dòng)情況，尋找可供使用的淡水資源也是水文水資源領(lǐng)域的重要研究課題。地球上的水資源分布不均勻，對(duì)降雨是否滲入地表面，地表面下有多少可用的淡水量一直沒(méi)有切實(shí)有效的辦法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。地表下水流的流向、含量受地勢(shì)、溫度等因素的影響，以中國(guó)為例，中國(guó)的北方地區(qū)氣候干燥，降雨量少，地表層的降雨迅速吸收，但是地表面下水流的滲入情況無(wú)法了解。根據(jù)同位素的變化情況和所在位置利用穩(wěn)定性同位素的質(zhì)譜分析法或者放射性同位素的蓋革計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器有利于深入了解地下水的運(yùn)動(dòng)機(jī)制、分布情況和地下水的存在年齡，評(píng)價(jià)地下水的屬性，分析地表涇流的流動(dòng)方向，判斷地下水中可利用的淡水含量，為南水北調(diào)尋找更有利的路線，幫助研究人員考察地表涇流的流動(dòng)在水循環(huán)中的意義，更好的為節(jié)約水資源，發(fā)現(xiàn)更多的淡水資源做出貢獻(xiàn)。
3如何加強(qiáng)同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用
3．1建立專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)制
當(dāng)今世界水污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，在樹(shù)立節(jié)約水資源的思想的同時(shí)，也應(yīng)該重視同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的作用，加大對(duì)同位素技術(shù)的資金投入，建立專(zhuān)門(mén)的同位素研究機(jī)制，對(duì)采集回來(lái)的同位素進(jìn)行穩(wěn)定性同位素和放射性同位素的分類(lèi)性研究，完善質(zhì)譜分析法，拓展蓋革計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器的測(cè)定功能。
3．2提高加強(qiáng)同位素技術(shù)的意識(shí)
加強(qiáng)對(duì)同位素技術(shù)的的重視程度，不僅要大力支持水文水資源領(lǐng)域的研究人員的研究工作，也要加大同位素技術(shù)的宣傳力度。在相關(guān)的高等院校設(shè)立有關(guān)同位素技術(shù)和水文科學(xué)的學(xué)科，培養(yǎng)一些接受過(guò)高等知識(shí)的專(zhuān)業(yè)型人才，引導(dǎo)這些專(zhuān)業(yè)型人才投身同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用的研究工作中。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞功能，在政府的官方網(wǎng)站中宣傳同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的成就，與市民展開(kāi)互動(dòng)，給市民做一些有關(guān)同位素技術(shù)的問(wèn)卷調(diào)查，推廣有關(guān)同位素技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，讓人們意識(shí)到加強(qiáng)同位素技術(shù)對(duì)保護(hù)水資源、促進(jìn)人們節(jié)約用水的重要性。
3．3建立健全相關(guān)法律法規(guī)
中國(guó)是堅(jiān)持走具有中國(guó)特色的社會(huì)主義國(guó)家路線的發(fā)展中國(guó)家，國(guó)家占地面積大，人口多，區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)，各個(gè)地區(qū)的水資源也無(wú)法做到共享。發(fā)達(dá)國(guó)家為加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程，在一些發(fā)展中國(guó)家或者落后國(guó)家違反國(guó)際法條例建立化工廠，將有毒的化學(xué)物品排入發(fā)展中國(guó)家、落后國(guó)家的河流中，危害沿岸人員的生命安全。近年來(lái)，國(guó)際上因水污染產(chǎn)生的悲劇數(shù)不勝數(shù)，如日本的水俁病事件，羅馬尼亞的金礦事件，中國(guó)的松花江水污染事件，每一件都奪去了無(wú)數(shù)的生命。因此為了如何加強(qiáng)同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用，保證同位素應(yīng)用工作的順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)建立健全相關(guān)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)，重視世界貿(mào)易組織等國(guó)際組織的協(xié)調(diào)作用，推動(dòng)以人為本的國(guó)際法的出臺(tái)實(shí)施，建立真正互惠、互利、平等、公平的國(guó)際公約。各國(guó)也應(yīng)當(dāng)針對(duì)國(guó)際公約建立健全各國(guó)的環(huán)境保護(hù)法，重視水資源的保護(hù)，采取措施大力加強(qiáng)水污染的治理，為加強(qiáng)同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用提供有力的法律保障。
3．4分區(qū)域、種類(lèi)研究同位素
同位素分為放射性同位素和穩(wěn)定性同位素，在科學(xué)運(yùn)用中，對(duì)不同的同位素用不同的辦法測(cè)量。穩(wěn)定性同位素使用質(zhì)譜分析法測(cè)定，放射性同位素則通過(guò)蓋革計(jì)數(shù)器或者閃爍計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。一般用氫氧同位素等穩(wěn)定性同位素研究水循環(huán)的雨水蒸發(fā)階段，幫助研究人員分析地表水和大氣中水分相互轉(zhuǎn)換的形式，為計(jì)算水蒸發(fā)提供確切的數(shù)字;用放射性同位素研究分析地表下的水資源含量、流動(dòng)情況、地下水的運(yùn)動(dòng)機(jī)制、分布情況和地下水的存在年齡，評(píng)價(jià)地下水的屬性，分析地表涇流的流動(dòng)方向，判斷地下水中可利用的淡水含量，尋找可供使用的淡水資源。因此，對(duì)追蹤的同位素要根據(jù)同位素的性質(zhì)和功能分類(lèi)進(jìn)行分析，重視不同同位素之間的重量、體積的不同，針對(duì)不同的同位素對(duì)不同的生物、化學(xué)、生物試劑的反應(yīng)程度示蹤。世界各國(guó)的水資源擁有量不均衡，如巴西、俄羅斯、加拿大、美國(guó)等國(guó)家水資源豐富，經(jīng)濟(jì)水平也比較高，而如埃及、阿曼、布隆迪、也門(mén)、約旦等國(guó)家淡水資源貧乏，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、政治、文化水平較低。不僅僅是國(guó)家之間，一個(gè)國(guó)家的不同區(qū)域之間的淡水資源分布量也不一樣。以中國(guó)為例，中國(guó)是堅(jiān)持走具有中國(guó)特色的社會(huì)主義國(guó)家路線的發(fā)展中國(guó)家，國(guó)家占地面積大，人口多，區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)，南方淡水資源較豐富，人民生活水平較高，北方干旱缺水，植物難以生長(zhǎng)，人民生活較貧苦。因此，在加強(qiáng)同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用的過(guò)程中，要針對(duì)不同地區(qū)的不同地理環(huán)境加以研究。
4結(jié)語(yǔ)
水是生命之源，一個(gè)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)水資源。隨著淡水資源的減少，水污染的嚴(yán)重性越來(lái)越突出。加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，治理水污染問(wèn)題，必須重視同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的作用。加強(qiáng)同位素技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用，必須建立專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)制、提高人們加強(qiáng)同位素技術(shù)應(yīng)用的意識(shí)、建立健全相關(guān)保護(hù)可用淡水資源的法律法規(guī)、分區(qū)域和種類(lèi)研究同位素，這些舉措有助于人們分析水循環(huán)的過(guò)程，幫助人們更好的節(jié)約用水。
作者：宏瑾靚 單位：遼寧省鐵嶺水文局
