Environmental isotopic study on the recharge and residence time of groundwater in the Heihe River Basin, northwestern China

The recharge and origin of groundwater and its residence time were studied using environmental isotopic measurements in samples from the Heihe River Basin, China. δ18O and δD values of both river water and groundwater were within the same ranges as those found in the alluvial fan zone, and lay slightly above the local meteoric water line (δD=6.87δ18O+3.54). This finding indicated that mountain rivers substantially and rapidly contribute to the water resources in the southern and northern sub-basins. δ18O and δD values of groundwater in the unconfined aquifers of these sub-basins were close to each other. There was evidence of enrichment of heavy isotopes in groundwater due to evaporation. The most pronounced increase in the δ18O value occurred in agricultural areas, reflecting the admixture of irrigation return flow. Tritium results in groundwater samples from the unconfined aquifers gave evidence for ongoing recharge, with mean residence times of: less than 36 years in the alluvial fan zone; about 12–16 years in agricultural areas; and about 26 years in the Ejina oasis. In contrast, groundwater in the confined aquifers had 14C ages between 0 and 10 ka BP.RésuméLa recharge et le temps de résidence de l’eau souterraine ont été étudiés par des techniques isotopiques dans le bassin de la Rivière Heihe, Chine. Les valeurs de δ18O et δD de la rivière et des eaux souterraines se retrouvent dans le même ordre de grandeur que ceux de la zone alluviale, et sont légèrement au dessus de la Droite Météorique Locale (δD = 6.87δ18O + 3.54). Ceci indique que les rivières s’écoulant des zones montagneuses contribuent substantiellement et rapidement aux ressources en eau des sous-bassins du Sud et du Nord. Les valeurs en δ18O et δD des eaux souterraines dans la partie captive des aquifères de ces sous-bassins, sont proches les unes des autres. Un enrichissement des isotopes lourds par évaporation semble évident. L’augmentation en δ18O la plus prononcée est observée au droit des zones agricoles, reflétant l’influence de l’irrigation. Le tritium dans les parties libres des aquifères, apporte la preuve d’une recharge récente, et un temps de résidence de 36 ans dans la zone alluviale, 12 à 16 dans la zone agricole, et 26 ans dans l’oasis d’Ejina. Le contraste avec les eaux des parties captives de l’aquifère est marqué par un âge 14C compris entre 0 et 10 ka BP.ResumenSe ha estudiado la recarga y origen del agua subterránea y su tiempo de residencia usando mediciones de isótopos ambientales en muestras de la Cuenca del Río Heihe, China. Los valores de δ18O y δD en muestras de agua de río y agua subterránea se encuentran dentro de los mismos rangos que los encontrados en la zona de abanico aluvial y ligeramente por encima de la Línea de Agua Meteórica Local (δD = 6.87δ18O + 3.54). Este resultado indica que los ríos de montaña contribuyen de manera considerable y rápida a los recursos hídricos en las subcuencas del norte y del sur. Los valores de δ18O y δD en agua subterránea en los acuíferos no confinados de estas subcuencas son bastante parecidos entre sí. Existe evidencia de enriquecimiento de isótopos pesados en agua subterránea ocasionado por evaporación. El incremento más pronunciado en el valor de δ18O se presentó en áreas agrícolas lo cual refleja la mezcla adicional de flujo de retorno de riego. Los resultados de tritio en muestras de agua subterránea de los acuíferos no confinados proporcionaron evidencia de la recarga actual con tiempos de residencia promedio: menos de 36 años en la zona del abanico aluvial; cerca de 12–16 años en áreas agrícolas; y cerca de 26 años en el oasis Ejina. En contraste, el agua subterránea en los acuíferos confinados tuvo edades 14C que variaron de 0 a 10 ka antes del presente.