慕士塔格地区大气水汽氢氧稳定同位素季节内变化特征及影响因素分析

慕士塔格地区位于青藏高原西北部,常年受西风影响。为了更清楚地认识西风水汽来源和局地蒸发过程对区域水循环过程的影响,利用2017年7月26日—2017年11月6日和2018年7月30日—2018年12月10日在慕士塔格西风带环境综合观测研究站的监测数据,分析了地表大气水汽氢氧稳定同位素组成和相关局地气象要素的变化特征及其相关关系。研究发现：慕士塔格地区水汽中δ¹⁸O、d-excess与局地温度和比湿呈现明显的小时变化、日变化和季节变化;水汽δ¹⁸O值与温度的显著正相关关系在不同时间尺度稳定存在;在小时和日尺度上,水汽δ¹⁸O值与比湿呈现对数关系;后向轨迹追踪表明,西风将西伯利亚和北大西洋及慕士塔格周围地区的水汽传输至观测站点;当水汽自地中海和北大西洋长距离传输至慕士塔格时,水汽δ¹⁸O显著降低可达约7‰,d-excess会显著增大;该地区水汽稳定同位素组成的季节变化特征与降水稳定同位素组成的季节变化特征一致。研究内容初步揭示了青藏高原西风传输水汽稳定同位素变化的主要影响因素,可为区域水循环研究提供必要数据和关键认知,有助于理解西风控制区冰芯稳定同位素记录的气候意义。     

黑河上游青海云杉森林生态系统蒸散发分割

通过对黑河上游排露沟流域海拔2 700 m和2 900 m处青海云杉森林生态系统不同季节的土壤水、 植物水和大气水汽等不同水体稳定氧同位素组成（δ¹⁸O）的测定, 运用Craig-Gordon模型、 同位素稳态假设和Keeling Plot模型分别得出土壤蒸发、 植物蒸腾和蒸散发的δ¹⁸O, 结合多元线性混合模型将生态系统蒸散发分割为土壤蒸发和植物蒸腾。结果表明： 土壤蒸发水汽的δ¹⁸O_E、 植物蒸腾水汽的δ¹⁸O_T及蒸散发水汽的δ¹⁸O_ET分别介于-35.9‰ ~ -25.2‰、 -9.0‰ ~ -4.2‰和-18.5‰ ~ -10.2‰之间, 三者顺序为δ¹⁸O_T > δ¹⁸O_ET > δ¹⁸O_E, 满足同位素稳态假设。植物蒸腾对蒸散发的贡献率（f_T）在52.2% ~ 88.4%之间变化, 土壤蒸发对蒸散发的贡献率（f_E）在11.6% ~ 47.8%之间变化, f_T远大于f_E, 说明生态系统蒸散发大部分来自于植物蒸腾, 即植物蒸腾是青海云杉森林生态系统蒸散发的重要组成部分。f_T与气温呈负相关, 而与相对湿度呈正相关, 说明气温对f_T起抑制作用, 相对湿度对f_T起促进作用, 但是相关系数不高, 说明f_T在自然环境下还可能受除气温和相对湿度外的多种环境因素和生物因素综合影响, 具体影响机理有待进一步探究。本研究结果可为进一步研究黑河流域区域内循环和流域尺度水循环研究提供理论依据。     

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。     

山东胶东地区某些金矿床的氩、氢、氧稳定同位素地球化学及矿床成因

通过矿床地质特征、流体包裹体及氧、氢稳定同位素的研究,认为马家窑金矿属再平衡岩浆热液矿床,金青顶和十里铺金矿属大气降水热液矿床。马家窑金矿石英的δD、δ¹⁸O值高,变化小,比较稳定;蚀变岩石的δ¹⁸O在磺向上由围岩向矿脉逐渐升高。金青顶和十里铺金矿石英的δD、δ¹⁸O值低、变化大;蚀变岩石的δ¹⁸O值由地表向深部逐渐降低。开展金矿的氮稳定同泣素研究,在国内尚数首次。马家窑金矿³⁶Ar在温度300℃以下相对含量不到10%,金青顶和十里铺金矿³⁶Ar则达90%以上,表明前者以岩浆成因⁴⁰Ar为代表,后者则以大气氩³⁶Ar为代表,进而表明马家窑金矿是再平衡岩浆热液成因,金青顶和十里辅金矿是大气降水热液成因。示踪结果与H、O同位素一致,表明氩同位素在示踪成矿热液、矿床成因研究方面是一种较为有效的手段。     

羊卓雍湖流域湖水稳定同位素循环过程研究

基于卓雍错流域2004年降水、河水、湖水中δ¹⁸O的监测结果,结合内陆湖水循环稳定同位素蒸发分馏模型,探讨了青藏高原南部羊卓雍湖水中稳定同位素的变化过程.研究表明:羊卓雍现代湖水中-5.9‰的δ¹⁸O平均值,相对应于当地相对湿度介于54%~58%的气候条件下,这是湖水蒸发分馏作用的最后结果.此外,入湖河水中δ¹⁸O变化也对湖水中平衡δ¹⁸O有一定的影响,而湖水温度的直接影响可以乎略.湖水中δ¹⁸O对入湖水δ¹⁸O的波动的调节能力很强,对于入湖水中δ¹⁸O大的波动,只有不到50 a的时间,湖水中稳定同位素会重新达到平衡.     

我国西部高寒山区同位素生态水文研究进展

我国西部高寒山区是亚洲水塔,是重要的生态屏障区.随着环境同位素测试技术的发展和相关理论的成熟,稳定同位素技术已成为集示踪、整合和指示等多项功能于一体的技术.本文基于前人的研究结果,对我国西部高寒山区同位素生态水文研究进行了梳理和总结,表明西部高寒山区大气降水线为δD=7.44δ¹⁸O+5.23(R²=0.86).降水稳定同位素的温度效应从南向北呈现增加趋势,而降水量效应呈现相反的变化趋势.研究区水汽来源复杂,当温度效应小于0时,水汽来源由西南季风主导;温度效应为0～0.3时,水汽来源由西南季风和西风共同主导;温度效应大于0.3时,水汽来源由西风主导.不同水体受水源补给、环境作用等的影响存在差异性,使得各水体稳定同位素局地蒸发线的斜率大小依次为：河水>冰雪融水>地下水.西部高寒山区降水中δ¹⁸O海拔效应为-1.3‰/100m,河水δ¹⁸O海拔效应为-0.17‰/100m.研究区植被水分来源主要是土壤水,对水分的利用率与植被类型及区域环境密切相关.水汽再循环已成为区域降水水汽来源的重要组成部...     

基于Stewart模型改进方案的新疆降水同位素的云下蒸发效应比较

干旱半干旱区降水稀少,蒸发能力大,雨滴在云下易发生蒸发现象并改变其同位素比率,明确雨滴降落过程中稳定氢氧同位素的变化在同位素水文学研究中具有重要意义。Stewart模型常被用于评估雨滴中同位素比率的变化,云下雨滴降落过程中的气温、相对湿度等是模型输入的关键参数。目前广泛采用的大气均质假设往往与自然条件有差异,这种均质假设对模拟结果产生的影响有待明确。基于2016年7月至2017年6月新疆66个地面气象站逐小时观测资料与8个探空站的高空定时观测资料,通过三种Stewart模型算法方案（方案①以地面气象资料代替大气气象参数,方案②假设地面气象资料与预测的云底气象参数均匀变化,以其平均值代入模型,方案③根据高空探测资料,分层计算大气参数）的对比,深入研究新疆降水同位素的云下二次蒸发效应。结果表明：（1）三种方案计算的新疆各分区云下二次蒸发存在明显的季节差异,蒸发剩余比（f）均呈现出秋冬较大、春夏较小的趋势,各分区的ΔδD、Δδ¹⁸O和Δd均为春夏较大、秋冬较小。（2）从空间来看, Δd均值在准噶尔盆地西部和塔里木盆地东侧北缘较小。对于蒸发剩余比（f）均值、ΔδD均值、Δδ¹⁸O均值和Δd均值来说,三种方案的差异性主要体现在塔里木盆地。（3）蒸发剩余比（f）与d-excess的变化量存在相关性,整体来看,三种方案的斜率均表现为塔里木盆地 > 阿尔泰山地 > 准噶尔盆地 > 天山山地。无论是新疆各分区（除天山山地方案②）还是新疆全境,三种方案的f与Δd的线性关系均>1.0‰/%,最为干旱的塔里木盆地方案③的斜率高达1.496‰/%,这可能与新疆地处干旱半干旱气候区有关。毋庸置疑方案③是后续云下二次蒸发效应研究的方向。     

四川鲜水河-安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征

温泉地下水同位素特征对确定断裂带地下水来源、循环过程和断裂带活动性至关重要。为了确定青藏高原东缘温泉的地下水同位素特征和流体来源本研究采集了鲜水河-安宁河断裂带上温泉水、冷泉水、河流和积雪融水等样品,进行了氢氧稳定同位素和水化学组分测定,并进行了同位素特征的对比研究。分析结果表明,温泉水体δ¹⁸O变化范围为-19.04%~-12.71‰,平均值为-16.42‰;δ²H变化范围为-144.07‰~-88.63‰,平均值为-122.37‰。河水的δ¹⁸O变化范围为-15.90‰~-10.85‰,平均值为-13.86‰;δ²H变化范围为-118.21‰~-71.12‰,平均值为-98.99‰。康定冷泉δ¹⁸O和δ²H分别为-13.66‰和-106.74‰。道孚积雪融水的δ¹⁸O和δ²H分别为-10.27‰和-65.41‰。不同类型水体样品氢氧稳定同位素组成主要分布在全球和区域大气降水线上表明了大气降水成因,缺少明显的氧同位素漂移特征。不同类型水体同位素值差异较大显示出温泉与河水、积雪融水之间补给来源的不一致性。温泉同位素值具有明显的同位素高程效应,鲜水河-安宁河断裂带上氧同位素高程效应为-0.23‰/100m,氢同位素高程效应为-1.95‰/100m。温泉氧同位素漂移与相关离子比值、Na-K-Mg三角图、Li和Sr元素等指标表明研究区域大部分温泉的水岩作用强度弱。氢氧稳定同位素特征、水岩作用特征和循环深度揭示出温泉的成因为远距离大气降水运移补给地下水,地下水在地下热储层加热后通过断裂上升到地表形成温泉,这为认识青藏高原东缘地热水循环、断裂带活动性与演化特征提供了依据。     

都思兔河氢氧稳定同位素沿流程的变化及其对河水蒸发的指示

本文在对都思兔河流域水文地质条件进行介绍的基础上,根据实测结果对河流量及δ18O和δD沿流程的变化进行了讨论,分析了其变化机理。结果表明都思兔河流量沿流程的变化与地下水等水位线及河水与地下水的补排关系吻合很好。把河水的氢氧稳定同位素成分与流域内其他水体的成分进行比较发现,河水明显受蒸发作用的影响。河水同位素成分的变化主要由地下水的补给及河水的蒸发两种作用共同引起,地下水的补给使河水的1δ8O和δD减小,河水的蒸发则使其同位素成分增大。文章使用Rayleigh平衡分馏方程对河水的蒸发比例进行了计算,结果表明,河水的累计蒸发比例可达20%~48%。     

四川省阿坝地区地表水地球化学特征

阿坝州位于四川西北部,与青海、甘肃交界,处于高海拔地区;该地区地表水资源丰富,长江与黄河上游水系均流经该区域。通过系统性采集区内河水(76件)、井水(7件)、溪水(8件)等样品,测试水体中D与¹⁸O的丰度与微量元素含量。结果表明:①受大气降水与流经地层的影响,阿坝地区河水中D与¹⁸O的丰度均显著高于溪水、井水与自来水等介质,线性相关性表明,河水中¹⁸O的富集与硫酸盐矿物的溶解密切相关;②阿坝地区井水、自来水、溪水之间存在明显的水力联系;③对于阿坝地区而言,黄河上游河流中δD与δ¹⁸O值均高于长江上游水系河流,但两者之间差别较小,这由于同一地区水系具有相同的大气降水来源;④河水、井水、溪水等表水中微量元素呈高Ba、Zn、Cr,低As、Pb、Cd的特点,与该地区岩石样品中微量元素特征基本一致,表明该地区表水中微量元素含量主要受地质背景因素控制。     

拉萨河流域地表径流氢氧同位素空间分布特征

为了探析径流过程中稳定同位素变化特征及其控制因子, 利用2008年拉萨河流域地表径流中δ18O和δD的监测数据以及相关气象和水文资料, 初步研究了流域δ18O和δD的空间分布特征.研究发现: (1)拉萨河流域以大气降水为主要补给来源, 且干流体现了较明显的蒸发效应; (2)河水偏正的d过量参数特征指示了冰雪融水的补给特征; (3)季风降水期间, 拉萨河流域由高程效应和水平距离所造成的δ18O递减率约为0.16‰·(100 m)-1; (4)大循环尺度下, 流域内河水呈现了明显的大陆效应.研究表明高海拔地区地表径流氧氘同位素分布特征能够有效示踪流域水文循环过程, 并提供古高度变化研究的稳定同位素证据.      

黑河流域水资源转化特征及其变化规律

黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×10⁸m³·a^-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×10⁸m³·a^-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.     

Evolutionary trend of water cycle in Beichuan River Basin of China under the influence of vegetation restoration

To understand the influence of vegetation restoration on the water cycle in semiarid areas, the effects of vegetation restoration on evolution of the key elements of water cycle were clarified by analyzing the evolutionary trend of atmospheric precipitation, ecological consumption water, and surface runoff on a river basin scale on the basis of analytical results of the changes in vegetation coverage and the long-term meteorological and hydrological monitoring data of Beichuan River Basin. The results show that the vegetation cover in the Beichuan River basin has rapidly increased in the hilly and mountainous areas since the 1980s, especially from 2000 to 2019, with the maximum and average vegetation cover rates increased by 14.98% and 52.2%, respectively. During 1956-2016, the annual precipitation in the basin remained relatively stable; the annual surface runoff slightly declined, with an average attenuation rate of 20 million m~3/10 a. The main reason for the runoff decline is the increase in ecological water induced by the vegetation restoration, which has changed the spatial-temporal distribution of the water from atmospheric precipitation in the basin. Spatially, more precipitation was converted into ecological water. As a result, the remnant runoff supplied to the lower reaches reduced accordingly. Temporally, more precipitation participated in the soil water-groundwater cycle, thus prolonging the outward drainage period of the precipitation. Moreover, the large-scale vegetation restoration induced a significant decrease in the surface wind speed, evaporation from water surface and drought index. As a result, a virtuously mutual feedback relationship was formed between the vegetation and meteorological elements. Therefore, vegetation restoration is of great significance for the improvement in the water conservation capacity and semiarid climate conditions in the Beichuan River basin.     

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.     

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.     

1990年以来天山乌鲁木齐河上游水资源研究进展

乌鲁木齐河是我国西北地区典型的降水、冰川和地下水综合补给的内陆河,对其水资源的研究不仅是西北寒区旱区水环境和水资源研究的热点,而且对区域生态环境改善和经济可持续发展具有重要意义。乌鲁木齐河水文水资源的研究内容十分广泛,并取得了很多高水平的学术成果。从高山区气候变化与冰冻圈的相互影响,山区降水变化与径流的相互影响,出山口径流对气候变化的响应以及洪灾、致灾因子分析,流域内同位素、树轮气候和水环境研究等四个方面总结了相关研究。结果表明：（1）乌鲁木齐河上游气候趋于暖湿。气温的升高很大程度上受冬季气温大幅度升高影响,气温对高山区冰川积雪的影响要大于降水;冬季负积温也加快了冻土的消融;气温和降水的变化导致乌鲁木齐河上游河段冰川后退加速,积雪融化、雪线上升,冻土活动层增厚。（2）乌鲁木齐河流域降水量和降水变化速率具有明显的垂直特征,在中高山地区降水量和降水变率较大;山区降水还具有年代际特征,20世纪90年代以来,山区降水量呈现增加趋势并促进了山区径流量的增加。（3）降水量和冰川融雪量的增加,很大程度上加大了乌鲁木齐河流域山区的径流量,使得出山口区域洪水灾害的发生频率增加。（4）同位素分析的运用对探索径流形成和转化的机理具有重要意义。树轮研究为乌鲁木齐河流域气候变化序列的重建提供了技术手段。今后,乌鲁木齐河水资源承载力、水循环过程和水污染问题,是区域实现生态环境建设和可持续发展的重要研究内容。     

新疆乌鲁木齐河流域北部平原区水文地球化学

乌鲁木齐河流域是西北干旱地区内流盆地的典型代表,也是水文地质研究的重点区域。本次研究利用以往工作的资料,并在流域下游北部平原区采集地下水和地表水样品21组,用无机离子作为示踪剂,结合环境同位素的分析,提出乌鲁木齐河流域平原区的地表水普遍溶解有蒸发盐,与晚全新世(近4000年)以来我国西北地区气候不断变得干旱有关;并将北部平原区的地下水划分为三层不同水体:现代水(埋深21~65 m)是乌鲁木齐河河水经蒸发后入渗补给的,而下面二层水为晚全新世初期(埋深179~259 m)和晚更新世末次冰期(埋深~353 m)补给的水都是原地的降水入渗。     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

自然与人类活动叠加影响下晋祠泉域岩溶地下水动态特征

为了查明山西省晋祠泉泉水断流、泉口水位下降及近年来泉口水位回升的原因,为泉水复流工作提供理论参考,以长系列气象、水文、开采量、泉流量、地下水位等资料为基础,在详细分析了晋祠泉域不同水动力分区年内、年际动态特征的基础上,从自然气候与人类活动两方面出发,阐述了不同历史时期晋祠泉域岩溶水位变化的影响因素。结果表明：1956-1994年,因20世纪80、90年代人工开采量达到历史高峰期,一度超过2.4 m³/s,且80年代以后我国北方干旱化发展趋势较为严重,晋祠泉水流量逐渐减小直至断流;1994-2008年,人工开采量虽有一定程度减少,但仍维持在2.0 m³/s左右,且恰逢连续枯水年,降水量、河流径流量较多年平均值分别减小了11%和27%,此阶段泉口水位快速下降至历史最低值;2008年以后进入相对丰水期,在采取多项措施减少泉域岩溶水开采量的同时,汾河二库蓄水水位逐步抬高,其对岩溶水的渗漏补给量在经历了约2 a的滞后期后到达泉域排泄区,晋祠泉口水位近年来逐步回升。     

1956-2016年渭河支流葫芦河流域径流及降水的年际变化特征

研究河流径流量和流域降水量的变化特征,对区域水资源规划与开发利用具有重要意义。基于葫芦河干流上下游的两个主要控制水文站实测年径流量及其流域年降水量资料,运用标准距平累计曲线法、小波分析法和Mann-Kendall等方法,研究了葫芦河干流年径流量和年降水量的年际变化趋势、周期性和突变性。结果表明：葫芦河上下游年径流量变化趋势一致性较好,流域年降水量变化趋势与径流量变化趋势基本对应,均呈下降趋势,但径流减少的速率远大于降水减少速率,且下游径流量的减少速率比上游更快。葫芦河上下游径流量变化的大周期一致,但下游径流小周期的转换要比上游径流和流域降水更频繁,上下游径流量与其流域降水量变化周期的年份对应关系不好,径流变化的主周期和次周期均小于降水的变化周期。葫芦河下游年径流量在1988年发生了突变,而上游径流量和流域降水量均无明显的突变点。