针对汾河源头水的来源不清楚的问题,以宁武地区汾河源头流域为研究区,通过系统采集区域内河水、湖水以及浅层地下水样品,运用水体化学离子分析和氢氧同位素技术,确定区内各水体的水化学特征、氢氧同位素特征及其水力联系,运用端元混合模型(EMMA)量化河水的水分来源.研究表明,河水与浅层地下水的电导率沿程变化从上游至下游呈上升趋势,且两者对比变化不明显.汾河源头区域浅层地下水、河水的优势阴阳离子为HCO3-和Ca2+,湖水的优势阴阳离子为Na+和HCO3-,浅层地下水、河水的水化学类型以Ca·Mg-HCO3为主,湖水的水化学类型主要为Na-HCO3,河水与浅层地下水的离子来源主要是岩石风化作用.以太原地区大气降水氢氧同位素值建立汾河源头区域大气降水(LMWL)方程,当地河水、湖水、地下水蒸发线方程为8D=4.9δ18O-21.4,蒸发线方程的斜率与截距均比全球大气降水和当地大气降水方程小,表明河水在运移路径中经历了一定的蒸发作用.河水的δ18O、扣值从下游至上游区域呈现下降趋势,并有一定的海拔效应.河水、湖水、地下水的同位素值基本落在当地大气降水线两侧,证明大气降水为汾河源头区域各类水体的主要来源,并且河水、地下水离子含量变化相似,稳定同位素值相近,结合电导率沿程变化,证明地下水和河水存在紧密的水力联系.以d excess作为示踪剂对河水进行二元端元混合模型计算,大气降水占比为70.6％,为河水的主要水分来源.