陇东黄土高原是国家重要的能源产业基地,地表水污染严重,地下水成为支撑社会经济发展的主要水资源。近年来随着地下水开采量的不断加大,导致了地下水位持续下降、地下水污染加剧等一系列问题。目前,对黄土高原地下水循环演化过程的基础研究较为薄弱,尚不能提出指导地下水开发与保护的有深度、有远见的科学结论,加之土地利用变化等人类活动引起黄土高原地下水补给循环过程的复杂性、预测的不确定性和影响的滞后性,使得这种影响往往难于直接被认知。随着社会经济发展与生态建设的不断深入推进,对黄土高原地下水资源的合理与持续利用提出了更加迫切的需求。因此,如何正确理解气候变化与人类活动双重影响下地下水循环的变化规律及其水资源效应是黄土高原地区持续、科学发展的关键问题之一。论文针对这一问题,在实地调查水文地质条件基础上于2018年7—8月在陇东黄土高原马莲河流域及董志塬与周边地区采集共52个水样品,综合运用水化学与同位素技术,分析了陇东黄土高原水文地球化学演化规律,探究了大气降水、地表水、地下水氢氧同位素的空间组合特征,揭示了降水—地表水—地下水的相互转化关系与地下水补给机制;并通过多种¹⁴C年龄校正模型与反向地球化学模拟,确定了区域地下水的形成年代。结果表明:董志塬地区与马莲河沿岸地下水离子分布有较大差异。董志塬地下水总体偏碱性,阳离子主要以Ca²⁺为主,Na⁺和K⁺次之,Mg²⁺含量最少;阴离子以HCO₃^-为主,水化学类型为HCO₃-Ca-Na,地下水可能来自方解石等含钙碳酸盐矿物的含水层。矿化度较小且离子空间分布均匀,地下水运移过程中经历溶滤作用、阳离子交换吸附,接受蒸发浓缩作用的影响不大。马莲河沿岸地下水偏碱性,阳离子主要以Na⁺和K⁺为主,阴离子以Cl^-和SO₄^2-为主,矿化度较高,水质较差。空间上从西北向东南马莲河沿岸地下水TDS降低,水质稍变好。地下水水化学类型由环县SO₄-HCO₃-Na-Ca型过渡到庆城县Cl-HCO₃-Na-Ca。马莲河沿岸地下水水岩作用主要有岩盐、石膏、芒硝等矿物的溶解。地下水δ¹⁸O值介于-11.70‰^-9.05‰,δ²H值介于-86.15‰^-68.95‰,地下水氢氧同位素值随深度变化不大,地下水重同位素较为贫化,远小于现代大气降水多年加权平均值(δ²H为-46.3‰,δ¹⁸O为-7.1‰),地下水接受现代大气降水的补给极微弱,可能存在温度较低时的古降水补给。地表水δ¹⁸O值介于-9.44‰^-8.70‰,平均值为-9.01‰,δ²H值介于-72.03‰^-66.28‰,平均值为-69.26‰。地表水氢氧同位素值介于大气降水与地下水同位素值之间,与现代大气降水多年加权平均值差异较大,但与地下水δ²H、δ¹⁸O值较为接近,马莲河中下游河段主要接受河谷两侧地下水的泄流补给。¹⁴C定年结果显示地下水年龄在7000—25000年,表明地下水中存在有晚更新世末期与全新世湿润时期的古水补给。不同的模型考虑的地下水反应不同,得出的结果各有不同。Vogel模型、Tamers模型、CMB化学质量平衡模型、F-G模型结果较为近似,在研究区适用性较好;Pearson模型校正结果与其他模型结果差距较大,对初始放射性碳浓度校正有些过度,其适用条件可能不是很符合陇东高原董志塬地区的地下水系统实际情况,忽略了补给区以外的其他气体CO₂来源,以及土壤CO₂与地下水溶解无机碳之间的碳同位素交换的影响。利用Netpath XL1.4对G22—G26水流路径进行反向水文地球化学模拟,模拟值与实测值较为近似,表明该模型适用性较好。¹⁴C起点浓度模拟结果为27.4294 pmc,运移时间模拟结果为16041年,起点G22地下水年龄为8000年左右,因此终点G26地下水年龄为24041年左右。对比Vogel模型、Tamers模型、CMB化学质量平衡模型、F-G模型在G26的年龄校正结果（24281—25788年）,表明反向模拟与¹⁴C校正模型结果吻合。