我国水资源十分紧缺,地下水在我国许多地区是主要甚至唯一的饮用水源。高砷(砷浓度>10μg/L)地下水问题是人类面临的最为严峻的地下水环境问题之一,我国有2000万人的饮水安全受到高砷地下水的威胁。有机质是地下水中砷富集过程的主控因素之一,揭示有机质的来源才能深入认识砷的富集机理,并对其进行有效防控。然而,地下水中有机质的来源复杂,传统方法很难对其进行有效示踪。本文首次将有机质稳定碳同位素的长期监测应用到高砷地下水系统中有机质来源示踪研究中,揭示了地表水体和人类活动影响下的有机质输入对地下水系统中砷动态变化的影响机制,为典型研究区高砷地下水的防控提供科学依据,为解决世界上其它高砷地下水研究区的类似科学问题提供借鉴。本文选取具有代表性的江汉平原为研究区进行了如下研究：(1)利用气象水文、地下水动态、沉积物岩性分析,刻画了沙湖高砷地下水监测场的水文地质条件。(2)利用湿化学氧化法作为预处理技术,结合气相色谱/同位素比值质谱联用法,研发了一套高效的溶解性有机质稳定碳同位素测试方法。(3)选取三个典型监测点,监测了一个水文年内不同层位地下水种有机质的稳定碳同位素组成。结合沉积物有机质稳定碳同位素组成、水文地球化学、稳定氢氧同位素、氚含量,分析了地表水体(河流、水渠、池塘)和人类活动(灌溉、抽水)影响下的溶解性有机质输入机制。利用同位素混合模型量化了多重来源的贡献率。(4)监测了地下水中溶解性无机碳的稳定碳同位素组成,结合氧化还原敏感离子的变化特征,从有机质转化的角度,分析了地下水中砷的富集机制,提出了地下水系统中砷动态变化的概念模型。通过以上研究得到了如下结论：(1)研究区25 m深度以上地下水有机质主要来自地表水和上层沉积物；50 m深度地下水有机质主要来自河流和原位沉积物。灌溉和抽水会加速地下水流循环,促进有机质的输入。(2)地表水有机质的输入对10m潜水和25 m承压水中砷的富集有显著促进作用,但对50m承压水中的砷动态影响微弱。(3)在有机质的参与下,含水层自上至下依次发生呼吸作用、氨化作用、铁还原和SO42-还原。在呼吸作用、氨化作用和SO42-还原完成之前,砷不会在地下水中大量富集。受承压含水层中上升流的影响,地下水中的砷不会持续向地下深部运移,而是在25m深度左右形成高砷地下水。地下水中砷的极大值与有机质的可利用性有关。