青藏高原那曲河流域降水及河流水体中氧稳定同位素研究

根据青藏高原中部那曲河流域1998年夏季测得的上下游中稳定同位素的日变化,并与同期观测的流域降水中稳定同位素比较,分析了河水中δ18O的变化特征,初步研究了该流域的稳定同位素水文循环过程.河水中δ18O的变化幅度远小于降水,它是降水中δ18O、降水量以及地表蒸发过程共同作用的结果.研究发现湖水对于稳定同位素变化起着显著的调节作用.河水中δ18O与流域降水中δ18O的差异可能反映了该流域强烈的地表和湖面蒸发作用.     

多年冻土区风火山流域降水河水稳定同位素特征分析

由于多年冻土区流域土壤冻融过程对水循环影响的复杂性,水循环物理过程观测存在困难和不足,而利用稳定同位素方法可以有效地解决该问题。因此,基于2009年长江源风火山流域夏季定点降水和河水δD和δ¹⁸O,对研究区降水河水稳定同位素特征进行分析。结果表明,研究区夏季降水δD和δ¹⁸O受到降水量和温度的双重影响,即受海洋性和大陆局地气团的交替影响。河水氢氧同位素的季节变化和空间差异与壤中流、地下水补给河流的季节差异和植被覆盖的空间差异有关。随着地温升高和土壤冻融锋面的迁移,河水补给来源和同位素特征发生改变,表明土壤冻融变化对多年冻土流域径流过程起到重要作用。此外,蒸发分馏作用是研究区河水同位素的重要影响因素。     

雅鲁藏布江流域河水中氧稳定同位素的时空变化

根据雅鲁藏布江流域2005年干流的拉孜、奴各沙、羊村和奴下4个站点河水中δ18O实测数据以及相关的气象和水文资料,分析了河水中δ18O的变化特征.通过与同期该流域降水中δ18O的比较,初步研究了流域内河水中δ18O的时空分布特征.结果表明: 河水中δ18O的变化大致以7月中旬为界划分为两个明显的阶段,前一阶段河水中δ18O呈上升趋势,以相对高值为特征;而后一阶段则呈下降趋势,以相对低值为特征;河水中δ18O的这种季节变化可以很好地被正弦波变化所揭示.从空间上来看,由于受到支流、地下水和蒸发等的影响,河水中δ18O变化比较复杂,在青藏高原夏季季风降水期间,由下游的奴下站至中游的奴各沙站,河水中的δ18O逐渐递减,其由高程效应和水平距离所造成的递减率分别为0.21‰·(100m)-1和0.45‰·(100km)-1.河水中δ18O变化受到降水中δ18O强烈影响,但其波动远小于降水,在青藏高原夏季季风降水期间,河水中δ18O的平均波动幅度为4.8‰,比流域降水中δ18O的平均波动幅度低了19.7‰.整个流域均到受蒸发的影响,在青藏高原夏季季风降水期间,降水中δ18O的加权平均值为-17.4‰,河水中δ18O的平均值为-16.6‰,造成这种差异的主要原因在于降水和河水中的稳定同位素又通过蒸发发生分馏.     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

新疆阿勒泰地区地表水体氢氧同位素组成及空间分布特征

氢氧同位素可以识别水体来源,示踪水循环,自20世纪50年代以来已被广泛应用于水文地球化学领域。已有学者开展了新疆大气降水及部分河流湖泊的稳定同位素研究,而关于阿勒泰地区大气降水之外的地表水体稳定同位素研究尚需加强。本文采用液体水激光同位素分析法开展了新疆阿勒泰地区地表河水、湖泊、山泉水、雪水、锂矿坑裂隙水五类水体的氢氧同位素组成研究。结果表明:阿勒泰地区各种类型水体氢氧同位素组成差异明显,地表河流的δ~(18)O及δD值变化范围分别为-15.4‰～-11.5‰及-114‰～-100‰,氘过量参数(d值)变化范围为-12.4‰～12.4‰;乌伦古湖湖水的δ~(18)O及δD值均远高于地表河流,平均值分别为-5.95‰及-78.5‰,氘过量参数远低于地表河流,均值为-30.9‰。地表河流与全球及乌鲁木齐大气降水线相比差异很大,河水除了大气降水外还受到冰川融水的补给,且在水循环过程中经历了蒸发分馏作用,地表河流之间的氢氧同位素组成差异主要受水体补给来源及蒸发程度强弱的控制。由于氢氧同位素温度效应、纬度效应等的存在,阿勒泰地区水体δD及δ~(18)O与水温(T)、总溶解性固体(TDS)及主要离子Na~+、K~+、Ca~(2+)、Cl~-、SO■摩尔浓度呈显著正相关关系,而与采样点纬度及溶解氧含量(DO)呈显著负相关关系(P0.05,n=32)。本研究获得的氢氧同位素组成特征为阿勒泰地区各类型水体稳定同位素研究提供了基础数据。     

格尔木河流域平原区地下水同位素及水化学特征

通过对格尔木河流域天然水中H、O同位素的系统分析,根据地球水化学组分循环演化规律所对应流域不同类型水体的同位素组成的研究,结果表明流域地下水化学组分随流程增加溶滤作用增强,地下水中HCO3-逐渐减少,Cl-则增加。运用δD、δ18O和3H值建立了流域大气降水线方程,确定了山区河水非当年降水补给,河水以地下水补给为主、其次是冰雪融水和大气降水补给。山区降水δD、δ18O均值低于平原区,表明平原区降水受蒸发作用影响水中富重同位素。平原区地下水中的δD、δ18O值与河水基本一致,说明平原区地下水主要受河水出山后入渗补给。承压自流水δD和δ18O值与潜水基本一致,根据地下水的3H值确定早于潜水年龄,且随埋深增加δD、δ18O值减少的趋势,其年龄亦由新变老。     

黑河流域不同水体中δ18O的变化

水资源短缺和合理利用是干旱半干旱区黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键是要深入了解水循环机理,而分析不同水体中环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环机理所必须的前提。根据测得的黑河流域降水、河水和地下水中δ18O,分析了取样期间不同水样δ18O的变化,揭示了降水中δ18O存在显著的温度效应、季节效应、高程效应以及与降水量的正相关关系;河水中δ18O的时空变化特征,即出山口地区河水中δ18O统计值低于山区和盆地,山区河水中δ18O的时间分布与大气降水一致,出山口河水中δ18O时间分布与大气降水相反,河水中δ18O沿黑河流程存在显著递增趋势;地下水中δ18O在张掖变化幅度较大,在临泽较均一且9月份普遍高于6月份,而在高台则分为显著的2组,较高的一组9月份普遍低于6月份。研究了不同因素对水循环过程中δ18O变化的影响及相互作用,为同位素技术在黑河流域水循环研究中的应用提供科学依据。     

黄河水δ18O、δD和3H的沿程变化特征及其影响因素研究

根据2000年8～9月雨季和2001年3～4月旱季在黄河18条断面上河水的同位素测试结果，分析了黄河水占δ^18O、δD和^3H浓度的沿程变化特征。研究结果发现，从黄河源头至入海口，黄河水具有稳定同位素比率逐渐增大而^3H浓度逐渐下降的趋势；外来水体的混合作用、蒸发作用以及人类活动对黄河水的同位素具有明显的影响。黄河源头地区和中游地区是黄河两个主要的产流区，河水同位素的变化是不同径流来源对河水补给的良好标志。兰州以上黄河源头地区河水的δ^18O、δD的季节性变化与雨水相反，地下水对河水的补给贡献旱季大于雨季。晋陕峡谷北段雨季δ^18O相对较低的岩溶水和当地雨水对河川径流有明显的补给，而旱季^3H浓度相对较低的岩溶水对河川径流有一定的补给；吴堡—潼关段雨季和旱季均有同位素比率相对较高的地表支流(如汾河、渭河)的加入。河水水面蒸发作用对兰州—包头段和黄河下游段旱季河水的δ^18O具有明显的影响，而对这些河段雨季河水的同位素影响较小，灌溉回归水的蒸发可能是影响这些地段河水同位素组成的主要因素。     

中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例

通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年（2014年）的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ18O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ18O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ18O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ18O具有极好的相关性,其δD、δ18O样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。      

湖北宜昌香溪河流域环境同位素特征及其水循环意义

为研究鄂西南岩溶山区的水循环过程,以湖北宜昌香溪河流域为研究对象,通过现场调查并结合环境同位素,对香溪河流域地表水和地下水进行了取样,通过测定其氢氧同位素组成,分析了同位素变化特征以及流域地下水和地表水的转换关系及其水循环特征。流域水中δD、δ18 O值组成分析表明:流域内各种水体主要分布在当地大气降水线的附近,构成斜率明显小于雨水线的蒸发线,3个子流域δD、δ18 O值的富集程度为:南阳河流域<古夫河流域<高岚河流域。南阳河流域上游受神农架山区地方性大气降水控制。响水洞和响龙洞(暗河出口)水中氘过量参数(d)值分别反映出不同的地下径流途径与滞留时间、水岩反应强度。子流域同位素沿程变化的特征反映出:在上游段,水来源不同以及地表水和地下水转换频繁是δD、δ18 O值变化的主要影响因素;在中下游段,流域内地下水流入河流,河水流量逐渐增大,不同的水源混合均匀,经过一定的蒸发作用,δD、δ18 O值的变幅趋于稳定。     

氢氧同位素在地下水流系统的重分布：从高程效应到深度效应

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和¹⁸O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地,补给区大气降水D和¹⁸O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ¹⁸O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K₀/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排...     

北京怀柔地区入渗河水空间分布研究

河水入渗路径和范围对确定地下水补给条件,以及水资源调控和合理利用有着重要意义。针对2015年以来怀柔地区地下水水位回升现象,开展了地下水动态影响因素研究,采集了河水和地下水样品,测试了水化学和氢氧稳定同位素组成。δD-δ18 O数据表明该区有河水入渗补给地下水,河流附近地下水为地下水与入渗河水的混合物。利用地下水δ18O值以及二元混合模型计算了地下水中入渗河水的比例,揭示出地下水中河水占比减小方向与地下水水力梯度下降方向一致;局部河段附近地下水Cl-含量增加,表明河水入渗会引起地下水水质变化。入渗河水影响范围的圈定为评价入渗河水对地下水的影响提供了重要数据。该项工作对理解研究区地下水水文过程、控制因素以及水资源管理具有指导意义。     

Investigation on the hydrodynamics of Ganga Alluvial Plain using environmental isotopes: a case study of the Gomati River Basin, northern India

An investigation using environmental isotopes (δ¹⁸O and δD) was conducted to gain insight into the hydrological processes of the Ganga Alluvial Plain, northern India. River-water, shallow-groundwater and lake-water samples from the Gomati River Basin were analyzed. During the winter season, the δ¹⁸O and δD compositions of the Gomati River water ranged from ?1.67 to ?7.62 ‰ and ?25.08 to ?61.50 ‰, respectively. Deuterium excess values in the river water (+0.3 to ?13 ‰) and the lake water (?20 ‰) indicate the significance of evaporation processes. Monthly variation of δ¹⁸O and δD values of the Gomati River water and the shallow groundwater follows a similar trend, with isotope-depleted peaks for δ¹⁸O and δD synchronized during the monsoon season. The isotopically depleted peak values of the river water (δ¹⁸O?=??8.30 ‰ and δD?=??57.10 ‰) can be used as a proxy record for the isotopic signature of the monsoon precipitation in the Ganga Alluvial Plain.     

祁连山古浪河流域径流组分特征

为了探究气候变暖、冰冻圈急剧萎缩背景下祁连山内陆河的水文状况,依据古浪河流域所采集的各类水体样品和相关观测数据,分析了各水体稳定同位素特征及其所指示的环境意义,并进行了径流分割。结果表明：（1）与降水相比,河水稳定同位素年际变化较小,从季节变化角度来看,河水δ¹⁸O值夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季,反映了不同季节蒸发强度的差异。（2）泉水稳定同位素特征与河水相似,年际变化较为稳定,表明山区河水与泉水之间可能存在转换过程。（3）由于土壤水分交换、地表土壤蒸发、植被蒸腾以及土壤水和地下水之间的同位素差异,引起土壤水同位素组成的梯度差异比较明显,土壤水δ¹⁸O由地表向下经历了富集―贫化―富集的过程,d-excess变化则与之相反。（4）径流分割结果显示大气降水对古浪河流域出山径流的补给率高达76%±2.4%,冻土层上水补给为24%±2.4%。     

1981-2013年气候因子变化对西藏拉萨河径流的影响

采用1981-2013年西藏拉萨河流域2个气象站降水量、气温、蒸发量的实测数据,以及拉萨水文站径流序列资料,分析拉萨河流域降水、气温变化及其对径流量的影响.结果显示:近33 a来,拉萨河流域降水量呈增多趋势,冷季增多趋势显著,倾向率达到3.51 mm·(10a)^-1;年、季平均气温、平均最高、最低气温呈显著增高趋势.平均气温倾向率年尺度为0.58℃·(10a)^-1、暖季0.42℃·(10a)^-1、冷季0.74℃·(10a)^-1;年、季蒸发量呈显著减少趋势,倾向率达到年127.7 mm·(10a)^-1、暖季82.2 mm·(10a)^-1、冷季45.5 mm·(10a)^-1.20世纪80年代降水量偏少、气温偏低、蒸发量大,是一个比较寒冷干燥的时期;90年代降水增多、气温增高、蒸发量减少,到21世纪初,降水、气温均达到各年代最高值,蒸发量为各年代最小,拉萨河流域进入一个相对温暖湿润的时期;拉萨河径流量年际变化较小,其变化趋势与降水、气温基本一致,20世纪80年代径流量最小,之后逐年代增大,21世纪初,年、季径流量达到各年代最大.1983年全流域出现的干旱少雨天气,导致20世纪80年代拉萨河年和暖季径流略偏枯,其他时段年、季径流无明显的丰枯变化,处于一个比较平稳的状态;拉萨河流域降水量的大小直接影响着径流量的大小,且暖季降水在拉萨河年径流的形成上起主导作用;气温的显著升高和人类活动对下垫面条件的改变,削减了降水量增多、蒸发量减少对径流形成的有利影响.     

Stable isotopic information for hydrological investigation in Hailuogou watershed on the eastern slope of Mount Gongga, China

Hydrological systems have been seriously affected by changes of glaciations and snow covers in Mount Gongga, Sichuan, China, but the relevance of ice-snow melt for alpine river basin hydrology is so far not well known. To better understand hydrological features of the Hailuogou River, changes of δ¹⁸O and δ²H were investigated by analyzing 117 water samples collected from May 2008 to November 2009. Our results show that the stream water contains a relatively intermediate magnitude of isotopic variations, with δ¹⁸O ranging from ?18.09 to ?13.08 ‰ and δ²H from ?126.5 to ?88.8 ‰. The average values are both higher than those of ice-snow meltwater, but lower than those of meteoric water. These data also show a gradually increasing trend from upstream to downstream, and these changes might document the fingerprint of ice-snow melt in the headwater region and indicate the increasing recharge of heavy isotope-enriched waters with flow distance. The similarity in slopes of δ²H and δ¹⁸O relationship for meteoric waters and stream waters suggests that the isotopic signature of precipitation is well preserved in stream flow, and during the rainfall and stream flow the evaporation is only minor. Based on δ¹⁸O model, the results suggested that the fraction of ice-snow meltwater input over the total stream flow ranged from 84.50 to 86.52 % in the headwater region, but the fraction of ice-snow meltwater input from upper basin downward was significantly decreased. The study demonstrates that ice-snow meltwater is a substantially important water source in alpine regions on the edge of Tibetan Plateau.     

Quantifying groundwater recharge and discharge for the middle reach of Heihe River of China using isotope mass balance method

Quantifying the inflow and outflow of groundwater is essential to understand the interaction between surface water and groundwater. It is difficult to determine these elements in relation to groundwater recharge and discharge to the river, because they cannot be directly measured through site specific study. The methods of isotope mass balance combining with water budget were used to quantify the groundwater recharge from and discharge to the Heihe River, northwest China. The mean isotope ratios of monthly monitoring data for one hydrological year were selected to be the isotope rations of end members in isotope mass balance. The results from the isotope mass balance analysis, incorporating with the 35-year hydrological data, suggest that about 0.464×10~9 m~3/a of runoff flowing out Qilian Mountains is contributed to groundwater recharge(about 28% inflow of the Heihe River), while about 1.163×10~9 m~3/a of runoff is discharged from groundwater in the middle reach of the river, which accounts for about 46% of river runoff in the basin. The analysis offers a unique, broad scale studies and provides valuable insight into surface water-groundwater interaction in arid area.