基于氢氧同位素和水化学的祁连山老虎沟冰川区径流过程分析

基于2012-2013年两个消融期在祁连山老虎沟冰川区连续2 a采集的冰川融水径流、雪冰以及降水样品,分析探讨了冰川区水体介质中氢氧同位素和水化学要素(主要化学离子、pH值、TDS和电导率等)在消融期的变化过程及特征。结果表明:祁连山老虎沟雪冰融水中的氢氧同位素值(δD和δ¹⁸O)表现出明显的消融期随月份波动,先升高再降低的趋势,在7月份表现出高值,反映了冰川消融强弱程度的变化过程。冰川径流中同位素含量与冰雪融水接近,且处于当地降水线上,其主要来自冰雪融水和降雨补给。老虎沟冰川融水径流水化学主要表现为Ca-Na-HCO₃-SO₄和Ca-Mg-HCO₃-SO₄型,其组成特征也表现出随消融过程而变化。对氢氧同位素和化学要素组成在消融期(6~9月)随时间的变化过程进行了分析,表明结合冰川区氢氧同位素和化学要素(包括化学离子、TDS、pH值和电导率等)的组成可以区分雪坑和新雪、河水的组分变化,可以反映冰川融水径流在消融期的变化过程。     

祁连山老虎沟冰芯记录的高山区大气降水变化（英文）

The net accumulation record of ice core is one of the most reliable indicators for reconstructing precipitation changes in high mountains.A 20.12 m ice core was drilled in 2006 from the accumulation zone of Laohugou Glacier No.12 in the northeastern Tibetan Plateau,China.We obtained the precipitation from the ice core net accumulation during 1960-2006,and found out the relationship between Laohugou ice core record and other data from surrounding sites of the northeastern Tibetan Plateau.Results showed that during 1960-2006,the precipitation in the high mountains showed firstly an increasing trend,while during 1980 to 2006 it showed an obvious decreasing trend.Reconstructed precipitation change in the Laohugou glacier basin was consistent with the measured data from the nearby weather stations in the lower mountain of Subei,and the correlation coefficient was 0.619(P<0.001).However,the precipitation in the high mountain was about 3 times more than that of the lower mountain.The precipitation in Laohugou Glacier No.12 of the western Qilian Mountains corresponded well to the net accumulation of Dunde ice core during the same period,tree-ring reconstructed precipitation,the measured data of multiple meteorological stations in the northeastern Tibetan Plateau,and also the changes of adjacent PDSI drought index.Precipitation changes of the Laohugou glacier basin and other sites of the northeastern Tibetan Plateau had significantly positive correlation with ENSO,which implied that the regional alpine precipitation change was very likely to be influenced by ENSO.     

柴达木盆地南翼山油田卤水水化学及氢氧同位素地球化学特征

南翼山油田卤水是钾钙硼等元素的富集区,具有较高的开采利用价值。开发利用油田卤水,需要对其演化过程有较深入的研究。采用地层岩性与水化学特征及氢氧同位素地球化学特征相结合的方法,对南翼山油田卤水的形成与演化过程进行探讨,得到初步结论:南翼山油田卤水水化学类型主要为氯化钙型,具有高矿化度、高钙、低镁和低硫酸根的特点。油田卤水起源于大气降水,下渗过程中溶滤第三系岩盐沉积物,经过一系列水岩相互作用,并与深部地热水、岩浆水混合,最终形成现在的水体。     

祁连山西段老虎沟流域消融季径流变化特征研究

基于祁连山西段老虎沟流域断面的径流数据与大本营气象站的气象资料,对冰川区径流与气象要素之间的相关性进行了分析,并建立了多元指数非线性回归方程对径流进行重建以弥补缺失径流,此外,对冰川区径流的年际、季节、日尺度的变化特征进行了分析。结果表明：(1)冰川区径流量与气温的相关性最高0.86,其次是水汽压(0.81)、相对湿度(0.46)、降水量(0.27),径流受气温影响最大。(2)21世纪观测资料显示日平均径流量为2.10 m³·s^-1,较20世纪50年代末的1.65 m³·s^-1有所增加,主要因消融季气温上升0.75℃所致,强消融期(7、8月)径流量的年际变化较大,消融期初(5、6月)和末(9月)年际变化较小。消融季5—9月产流占比分别为5.3%、16.1%、37.3%、35.1%、6.2%。(3)多元指数非线性回归方程可以较好地模拟日径流量(纳什效率系数平均为0.70),补充缺失径流后,对于径流的日变化,消融期初和末日变化较小,而强消融期径流的日变化较大。对于径流的时滞效应,老虎沟流域消融季各月径流...     

克鲁伦河流域下游水体氢氧同位素与水化学特征

通过对克鲁伦河流域下游河水与地下水的主要离子水化学与氢氧同位素进行分析,结合区域水文地质资料,利用Durov图、空间插值、统计分析等方法分析了河水与地下水水化学与氢氧同位素特征。结果表明,河水的水化学类型主要为Na-Ca-HCO3型,地下水水化学类型为Na-Cl和Ca-Na-HCO型。克鲁伦河水主要离子浓度与氢氧同位素空间分布特征显著较地下水稳定、空间差异小。流域内地下水与地表水主要来自降水补给,地下水也是克鲁伦河的主要补给源。氘盈余变化揭示出克鲁伦河水的蒸发分馏程度强于地下水,除流域内水体蒸发主要受地质地貌影响外,人类活动对河水的影响显著于周边地下水。G3点所在的西庙为一个完整独立的水文地质单元,其表现出的水化学与氢氧同位素特征均异于其他地下水。流域内部分地下水F-含量超标,虽然一定程度是受人类活动影响,但更多的是基于综合水文地质条件基础上的自然现象,已严重威胁人类生存,应引起当地有关部门的高度重视,避免氟中毒事件重现。     

城镇化流域降水径流氢氧同位素特征及洪水径流分割

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。     

基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征

为了研究变化环境下潮白河流域地下水水循环规律,通过现场调查,结合环境同位素及水化学应用,对潮白河流域浅层和深层地下水采样,测定其氢、氧环境同位素及水化学成分,通过分析其变化特征判明地下水的补给来源以及各含水层的相互联系。降水和地下水中的环境同位素δD和δ¹⁸O组成分析表明,降水是山前地下水的主要补给源,山区浅层地下水受蒸发影响非常强烈。水化学研究结果表明,山区地下水水质以 Ca²⁺和 HCO^-₃为主,属Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型地下水。山前地下水类型为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃、 Na⁺-K⁺-HCO^-₃、Mg²⁺-Ca²⁺-HCO^-₃和 Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄。平原区地下水为Mg²⁺, Na⁺和HCO^-₃。滨海冲积海积平原为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型和Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄型地下水。水化学分析证实了越流补给的存在。Ca²⁺ 和 HCO^-₃离子均呈山区高、山前和平原低、而滨海增高的趋势。沿潮白河流向地下水类型变化为:Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃ Na⁺＝K⁺-HCO^-₃ Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃。     

祁连山老虎沟冰芯记录的高山区大气降水变化

冰芯所记录的积累量是恢复高山区过去降水变化最可靠的指标。2006年在青藏高原东北缘祁连山老虎沟12号冰川粒雪盆海拔5040 m处钻取了的一支20.12 m的冰芯,利用其年积累量估算了1960-2006年期间的冰川区降水量,结合2010年实测资料,分析了这一时期降水变化特征并研究其与周边其他地区降水变化的关系。结果表明,在过去50年中,高山冰川区降水量表现出先增加后减少的趋势。在1960-1980年,降水量表现出明显增加趋势,1980-2006年表现出明显减小趋势。重建的冰川区降水量变化与临近低海拔区的肃北气象站降水变化有很好的一致性,二者相关系数为0.619(P0.001),而量级上高山区是低山区的约3倍。祁连山老虎沟冰川区降水与周边的敦德冰芯同期的累积量、树轮重建降水、青藏高原东北部多个气象站点的实测降水,以及临近区域格点PDSI干旱指数变化对应较好。此外,近50年来祁连山老虎沟冰川区及毗邻的青藏高原东北部地区降水变化与ENSO呈正相关关系明显,反映了该地区高海拔大气降水变化很可能受ENSO的影响。     

伊犁喀什河流域丰水期氢氧稳定同位素及水化学特征

气温升高加速高山冰雪消融,造成伊犁喀什河的水文循环及水量平衡发生变化。关于该流域水汽来源、水体补给等问题的研究大都基于年际变化分析、氢氧稳定同位素的季节性对比,缺少针对丰水期、枯水期的特征分析,不利于系统探究丰水期及枯水期水体水化学控制因素或水体补给情况的个别差异。本文利用2018—2021年丰水期在新疆伊犁喀什河流域采集的不同水体水样,运用不同水体氢氧稳定同位素方程线比对及离子比值法,综合Piper三线图、Gibbs图等分析区域水体水化学、氢氧稳定同位素特征,探讨水体补给问题。结果表明：(1)研究区水体均呈弱碱性。地表水水化学类型为HCO₃-Ca型,地下水受石膏溶解影响,SO₄^2-含量增加,水化学类型为HCO₃-SO₄-Na-Ca型;(2)岩石风化作用是研究区地表水与地下水水化学性质的主要控制因素。地表水受到降水的轻微影响但不显著、井水受蒸发-浓缩作用影响;地表水离子主要来源是硅酸盐矿物或石膏,地下水离子主要来源为碳酸盐、石膏或硅酸盐矿物;(3)综合地表水与地下水水化学及不同...     

中国典型山地温冰川水化学空间分布特征与近期冰川动态

从我国玉龙雪玉典型温水王白水１号冰川不同区段表面融水,新近积雪和冰川初给河水采样分析结果表明,雪线以下降水中的稳定同位素的离子含量比雪线以下为高,低海拔河水比高海拨融水的氧同浓度为低,可能在来源上存在着差异,这种分布特征说明本温冰川区局部大气环流情况高度而不同,有可能存在季气候区所特有的“降水量效应”或“季节性效应”。冰川不同水体内离子浓度变化说明,冰川融水与地壳表面接触时间越久,其中的可融性离了     

祁连山冰川服务价值评估及其时空特征（英文）

Glaciers provide essential resources and services for human well-being and socio-economic development in arid regions. It is of great significance for regional socioeconomic sustainable development and environmental protection to conduct a glacier service value assessment and to analyze its spatiotemporal characteristics. Based on the first and second Chinese glacier inventories of the Qilian Mountains, a glacier service value evaluation system was established. Then the glacier service value and its spatiotemporal variation were assessed by combining the methods of unit area service price, value equivalent factor, and the glacier service value change index(GSCI). Three key results were obtained.(1) The total service value of glaciers in the Qilian Mountains for 2016 was 24.354 billion yuan. The main services provided were climate regulation and runoff regulation, which accounted for 60.58% and 33.14% of the total service value, respectively. Minor services were freshwater supply and hydropower, which accounted for 3.47% and 1.75% of the total value, respectively. The value of other types of services was about 0.259 billion yuan.(2) Among the various river systems in the Qilian Mountains, the Shule River basin had the highest glacier service value(7.771 billion yuan, 31.91%), followed by the Haltang River basin(4.321 billion yuan, 17.74%) and the Beida River basin(3.281 billion yuan, 13.47%). In terms of administrative divisions, the glacier service value of the Qilian Mountains in Qinghai Province was 1.138 billion yuan higher than that of Gansu Province at 11.608 billion yuan, of which the services in the Haixi Mongol and Tibetan Autonomous Prefecture and Jiuquan City were valued at 11.124(45.68%) and 7.758(31.86%) billion yuan, respectively.(3) During the period from 1956 to 2010, the service value of glaciers in the Qilian Mountains declined by 435 million yuan, with an acceleration in the decreasing trend from west to east.     

巴丹吉林沙漠东南部湖泊和地下水的氢氧同位素特征

通过对巴丹吉林沙漠湖泊和地下水氢氧同位素分析,讨论了沙漠湖水和地下水的补给关系,并结合地下水可溶性固体总量的特征,进一步探讨了巴丹吉林沙漠的蒸发特性。根据氢氧同位素的分析结果,本研究区的蒸发趋势线方程为:δD=4.1δ18O-30.02‰（n=37,R2=0.94）较低的斜率显示了巴丹吉林沙漠强烈的蒸发环境特征。巴丹吉林沙漠东南部湖泊和地下水具有相似的蒸发趋势,推测两者之间存在补给关系。根据沙漠腹地地下水氧同位素值富集程度高于东南部地下水氧同位素值的特点,得出前者蒸发较后者强烈。进而对比其他干旱条件下盐湖的蒸发,结果显示巴丹吉林沙漠湖水存在过度蒸发效应。     

基于氢氧稳定同位素和水化学的青藏高原高寒内陆流域水文过程示踪研究

氢氧稳定同位素和水化学已成为研究水文循环过程的良好示踪剂,两者的结合能很好地揭示流域或者区域(特别是缺少水文观测数据的高寒内陆地区)的水文循环过程.青藏高原地表环境较恶劣,缺乏流域尺度的水文观测资料,不利于对流域尺度水文循环过程的综合理解和认识,成为水资源高效综合利用的瓶颈.为此,本文以青海湖沙柳河流域为研究对象,通过...     

坡耕地径流与土壤侵蚀研究进展（英文）

土壤侵蚀一直是重要的全球性环境问题之一,而坡耕地的土壤侵蚀是坡地水土流失的主要源头。作为坡耕地的主要覆盖方式,作物对坡耕地径流和土壤侵蚀的发生和发展都产生了重要的影响。本文主要回顾了目前坡耕地径流和土壤侵蚀的影响因素,以及作物生长、降雨溅蚀及其空间分布等问题。作物主要影响了坡耕地雨滴溅蚀、坡面径流和侵蚀产沙,并且径流和土壤侵蚀还受降雨强度、坡度、土壤前期含水量、土壤表层物理结皮及土壤糙率等因素影响。不同作物对径流和土壤侵蚀的作用和影响机制,以及它们在不同外部条件下影响侵蚀的能力的变化,都将成为未来研究的重点。作物植被对坡地土壤侵蚀的影响是了解大规模土壤侵蚀系统的一个重要因素,对这一课题的深入研究对坡耕地径流和土壤侵蚀研究的理论和实践都具有重要意义。     

天津七里海湿地水体的同位素和水化学特征

为了研究天津七里海湿地水体及其周边水体的水化学和同位素特征,2015年8月10~12日和12月5~7日采集了湿地内的沼泽水、潮白新河水、永定新河水和周边地下水水样,分析水样的稳定氢、氧同位素和水化学组成。结果表明,无论是在8月采样日还是在12月采样日,沼泽水的电导率都比附近的河水高;河水和沼泽水的水化学类型为Na-Cl,地下水的水化学类型为Na-HCO_3。天津七里海湿地的沼泽水和河水的水化学组成主要受控于蒸发结晶作用和人类活动,而地下水中的离子含量与岩石风化有关。8月采样日和12月采样日,沼泽水和河水的同位素组成富集,存在明显的变化;地下水的同位素组成贫化,年内变化小。潮白新河附近的沼泽水同位素组成与河水接近。沼泽水在8月采样日受到强烈的蒸发作用,其过量氘值小于12月采样日。潮白新河上的水闸对河水的同位素和水化学有直接影响,进而影响湿地水质。此外,在高含盐量的土壤环境下,七里海湿地的沼泽水中Na~+和Cl~-含量增加,可能导致水体盐分积累。     

哈萨克斯坦东部水体氢、氧同位素和水化学特征

哈萨克斯坦是中亚干旱-半干旱地区最大的内陆国家,东部以阿尔泰山、天山与我国相隔,区内河流众多,是该国水资源的主要来源地,额尔齐斯河、伊犁河是中哈两国重要的跨境河流。通过对哈萨克斯坦东部不同区域河水和湖水的主要离子、氢、氧同位素分析,初步研究了该区域的水化学和同位素空间分布特征及其对地表水循环的指示意义。结果表明：哈萨克斯坦东部河水离子组成以HCO3-Ca为主,局部有HCO3-Na水型分布。湖水以SO4-Na为主,有少量HCO3-Ca和SO4-Ca型水。研究区内水体Ca2+、Na+、SO42-均表现出南北低中间高的空间特征。河水氢、氧同位素变化范围分别为-123.46‰～-71.22‰和-16.09‰～-10.21‰,湖水氢、氧同位素变化范围分别为-97.82‰～-9.20‰和-12.74‰～2.44‰。额尔齐斯河河水与周围补给水体的氢、氧同位素差异显著,表明其主要来源于上游补给。河水和湖水氢、氧同位素关系式分别为δD=7.546×δ18O+3.507和δD=5.737×δ18O-24.14,且河水氢、氧同位素与经、纬度显著相关,反映了明显的内陆效应,而湖水氢、氧同位素的变化则主要反映了水体的蒸发程度,水体氢、氧同位素变化敏感地示踪了该区域水体的来源与循环特征。     

藏南羊卓雍错流域水化学状况及其形成机制（英文）

The hydrochemistry of alpine lakes reflects water characteristic and its response to climatic change. Over 300 water samples had been collected from 52 sites of 5 lakes and 7 inflowing rivers in the Yamzhog Yumco Basin, South Tibet, during 2009–2014, basing which the hydrochemical regime and its mechanism were analyzed along with the adoption of hydrological investigations in 1979 and 1984 as well. Results revealed that the waters were hard with weak alkalinity for the Yamzhog Yumco Basin. Most of them were fresh, and the rest were slightly saline. The hydrochemical types of 5 lakes(i.e., Lake Yamzhog Yum Co, Puma Yum Co, Bajiu Co, Kongmu Co, and Chen Co) were SO_4~(2–)–HCO_3~––Mg~(2+)–Na~+, HCO_3~–– SO2–2+4–Mg~(2+)–Ca, SO_4~(2–)–Mg~(2+)–Na~+, SO_4~(2–)–HCO_3~––Ca~(2+), and SO_4~(2–)–Na~+–Mg~(2+)–Ca~(2+), respectively. As for rivers, HCO_3~– and SO_4~(2–) were the major anions, and Ca~(2+) was the dominant cation. Lake Yamzhog Yum Co, the largest lake in the basin, exhibited remarkable spatial variations in hydrochemistry at its surface but irregular changes with depth. The weathering of evaporates and carbonates, together with evaporation and crystallization, were the major mechanisms controlling the hydrochemistry of waters in the Yamzhog Yumco Basin. Global warming also had significant impacts on hydrochemical variations.     

基于能量守恒和3S技术的分布式冰川融水径流过程模拟

面向对象的分布式冰川融水径流模型的建立,不仅可以提高模拟计算的精度,而且可清楚地反映冰川融水径流各影响因子的特征,对研究中国西部地区流域水文循环具有重要意义.本研究借助3S技术,根据能量守恒和水量平衡原理,建立了包括栅格冰川融水、融水产流以及汇流子系统且具有严格物理意义的分布式冰川融水径流过程模型.通过DEM数字高程技...     

冰川及其径流对气候变化响应过程的模拟模型

用冰川动力模型对乌鲁木齐河源１号冰种东支进行模拟计算结果表明：１号冰川东支在维持目前气候变化水平下还将继续退缩到约１６００ｍ长度，若气温升高１℃，１号冰川将退缩为约只有３００ｍ长的悬冰川。     

气候变化和人类活动对淮河流域中上游地区径流影响研究（英文）

This study presents a soil and water integrated model(SWIM) and associated statistical analyses for the Huaihe River Basin(HRB) based on daily meteorological, river runoff, and water resource data encompassing the period between 1959 and 2015. The aim of this research is to quantitatively analyze the rate of contribution of upstream runoff to that of the midstream as well as the influence of climate change and human activities in this section of the river. Our goal is to explain why extreme precipitation is concentrated in the upper reaches of the HRB while floods tend to occur frequently in the middle reaches of this river basin. Results show that the rate of contribution of precipitation to runoff in the upper reaches of the HRB is significantly higher than temperature. Data show that the maximum contribution rate of upstream runoff to that of the midstream can be as high as 2.23%, while the contribution of temperature is just 0.38%. In contrast, the rate of contribution of human activities to runoff is 87.20% in the middle reaches of the HRB, while that due to climate change is 12.80%. Frequent flood disasters therefore occur in the middle reaches of the HRB because of the combined effects of extreme precipitation in the upper reaches and human activities in the middle sections.