东台沟实验流域降水氧同位素特征与水汽来源

运用环境同位素技术研究水循环中水分子组成发生的微观变化,是兴起于20世纪中期研究宏观、微观水文过程机理的新技术。研究流域降水同位素时间和空间变化规律以及与降水要素的相关关系,对于研究流域水资源属性具有重要的理论与实践意义。本文以北京市怀柔区汤河口镇东台沟实验流域为研究对象,研究了该流域2003年7月至10月降水氧同位素含量及降水的时空变化,分析了降水δ¹⁸O与降水量、高程及空气湿度的关系,评估了雨量、高程及空气湿度等因子对降水过程的影响及作用,阐明了其间实验流域降水δ¹⁸O的时空分布规律,并得出实验流域在实验期间降水的主要水汽来源为由东南向西北方向。     

洞庭湖流域不同水体中同位素研究

在洞庭湖流域内的长沙、汨罗、怀化对大气降水、地表水（河水）、地下水（泉水、井水）进行了取样,分析了流域内不同水体中稳定水同位素的变化特征以及它们之间的转化关系。研究发现地处亚热带季风区的洞庭湖流域,地表水、地下水中同位素继承了降水同位素冬半年富集、夏半年贫化的特征,但存在不同程度的滞后。同时,降水同位素的变化幅度及波动性明显大于地表水及地下水,而地表水、地下水中同位素较降水中要富集。流域内河水中同位素大致表现出随纬度升高而贫化的趋势,这主要受降水同位素场的影响。流域内长沙河水、井水、泉水中同位素组成均位于大气水线附近且分别大致位于一直线上,这说明大气降水是这3种水体的主要补给源。不同季节河水、井水、泉水中同位素组成与大气水线的比较则进一步反映出了不同水体在不同季节的转化关系。     

采煤对海流兔流域大气降水-地表水-地下水-矿井水转化关系的影响北大核心CSCD

煤矿开采使流域水文地质条件发生改变,研究采煤影响下流域降水-地表水-地下水-矿井水转化关系对揭示区域水循环过程意义重大。以海流兔流域为研究区,利用数理统计法、Piper三线图和氢氧同位素关系图等方法,分析采煤影响下降水-地表水-地下水-矿井水的转化关系。结果表明:在煤矿开采影响下采矿区地表水中SO_(4)^(2-)、Na^(+)、Mg^(2+)等含量增幅较大;流域降水、地表水与地下水转化关系以地表水下渗补给地下水为主,平均贡献率为56.7%;矿区及以下流域海流兔与纳林河不同水体间的转化关系仍以地表水补给地下水为主,与上游天然流域相比平均贡献率分别增至69.3%和59.4%;矿井水主要来源为上覆萨拉乌苏组地下水,补给比率为72.4%,煤矿开采使上覆含水层地下水向采空区汇流速度增大。     

呼图壁河流域水体氢氧稳定同位素特征及转化关系

在气候变化和人类活动影响下,水资源短缺是干旱区面临的一个严峻问题.解决问题的关键是要深入了解干旱区独特的水循环机理,而分析不同水体中氢氧同位素特征及转化关系,是应用同位素示踪技术研究水循环机理的基础。以呼图壁河流域为研究区,分析了大气降水、河水、地下水和积雪融水氢氧同位素变化特征及不同水体的δD~δ¹⁸O关系,探讨了地表水对地下水的补给关系。结果表明：呼图壁河流域大气降水、河水、地下水和积雪融水中δD、δ¹⁸O的组成和季节变化差异较大,δD值分别为-86.25‰、-66.66‰、-69.82‰和-150.79‰,而δ¹⁸O值依次为-12.42‰、-9.94‰、-10.23‰和-19.42‰;河水受大气降水和冰雪融水的混合补给导致同位素的贫化,积雪融水主要受蒸发的影响导致同位素的富集,而河水和积雪融水对地下水有密切的水力联系,导致地下水同位素的贫化;呼图壁河上游地区河水对地下水的补给仅占到18.45%,而中下游区域的地下水补给占到90%以上。     

黄河小花间石山林区产汇流特征

产汇流机理研究是水文模拟的基础 ,从实测水文资料出发进行深入分析是认识产汇流特性的有效手段。黄河小花间 (小浪底 -花园口间 )洛河卢氏以上流域为典型的石山林区 ,产汇流特性不同于黄河流域的一般地区。从选取的 43场暴雨洪水资料分析得出 :该地区的暴雨空间分布不均匀 ,存在着明显的暴雨中心 ,产流机制和产流模式复杂。进一步分析变化环境下的降水径流特性后 ,发现年径流量的变化主要受控于降水特性 ,下垫面的改变和人类活动对年降水径流关系影响并不显著 ;但对次洪而言 ,该区生态保护和水土保持措施在一定程度上减少了产流能力 ,提高了暴雨径流相关性。     

黄河流域水循环研究的进展和展望

总结了黄河流域水循环研究的进展,指出缺乏立足于水循环整体的机理过程的探讨及缺乏较成熟的流域水文模型是已有研究的不足。为能更好地模拟水文过程对各种作用力的响应,今后研究的方向将是建立既考虑垂向水分和能量传输(如降水,蒸发,感热),又考虑水平向的地表水分运动(汇流)和地下水基流过程的黄河流域的分布式水文模型。模型将结合遥感信息与地面资料,建立与区域大气环流模式(GCM)的接口,辅之以野外生态试验小区、径流试验场和室内试验的资料,以深入探索黄河流域水循环动力学机制     

祁连山东部大气降水分δ17O变化特征及水汽输送

祁连山作为我国西部重要生态安全屏障,是河西走廊内陆河流域核心水源区。通过测定2013年7月~2014年7月收集的降水样品中δ¹⁷O与δ¹⁷O值,分析了祁连山东部乌鞘岭大气降水中δ¹⁷O的特征,在此基础上对水汽来源进行了研究。结果表明：降水稳定同位素¹⁷O存在夏高冬低的变化特征;¹⁷O存在显著的温度效应而不存在降水量效应,¹⁷O与水汽压在干季呈现正相关关系。研究区大气降水的氧同位素降水线方程为：δ′¹⁷O = 0.509δ′¹⁷O -0.16,低于氧同位素全球降水线斜率;过量δ¹⁷O表现出夏低冬高的特点;综合分析氧同位素大气降水方程线和过量δ¹⁷O变化,发现该区域大气降水主要受局地水循环和大陆气团控制。祁连山东部地区主要受到西风和东南季风携带水汽影响,东南季风携带水汽对于祁连山东部的影响主要集中于夏季。研究可提高对祁连山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础。     

华北隐伏型煤矿深部含水层补给源水化学与同位素示踪

为了阐明华北隐伏型煤矿深部含水层补给条件,以淮北煤田临涣矿区任楼煤矿为例,采用水化学系统聚类分析与氢氧同位素示踪技术,结合采矿活动影响,分析与探讨煤矿深部含水层中的地下水补给源及其变化机制。研究表明:矿区深层地下水形成机制为大气降水直接但不均匀入渗、滞留入渗以及古地下水混合。矿区深层地下水当总溶解固体(TDS)小于1 000 mg/L时,氢氧稳定同位素组成(δ值)随着TDS的增大而减小;当TDS大于1 000 mg/L时,δ值在平均值线附近。矿区深层地下水平均δD与δ18O分别为-67.4‰与-8.68‰,小于大气降水年平均δD与δ18O(δD=-52.4‰,δ18O=-7.80‰)。在未经采矿活动影响下,矿区深层地下水主要来源于大气降水直接但不均匀入渗补给形成的;经采矿活动影响后深部含水层长期向采空区充水,原地下水循环条件已被打破,在补给区水力交替加快,滞留于地表或土壤层的大气降水补给深部含水层。     

潮河流域时变增益分布式水循环模型研究

在广泛了解有关分布式水文模型研究进展的基础上,结合中国实际资料条件和问题,提出了一种"水文循环机理-系统理论"相耦合的分布式水循环模型——时变增益分布式水循环模型(DTVGM),并建立了潮河流域分布式水文循环模型。实例研究表明,DTVGM的应用是比较成功的,基本上能够满足水资源管理的要求。     

水汽来源和环境因子对典型亚热带季风区降水稳定同位素的影响——以湖口地区为例

基于亚热带季风区湖口降水稳定同位素进行高频监测,利用HYSPLIT模型、潜在源贡献因子算法和质量浓度权重轨迹等方法对湖口区降水水汽来源进行分析,研究结果表明：① 湖口地区大气降水同位素组成呈夏季低、春冬季高变化趋势,湖口地区大气降水线斜率（8.19）和截距（12.5）与全球大气水线较为接近,说明整体上该研究区气候环境相对湿润。② 湖口降水同位素组成与降水量、湿度和温度均成显著负相关关系,这表明其具有显著的降水量效应、湿度效应和反温度效应。③ 湖口地区水汽来源主要受东南沿海内陆地区、南海和孟加拉湾源区水汽影响显著,其造成降水同位素值也明显偏小,尤其在夏季和秋季。④ 湖口地区降水同位素组成变化还受锋面天气系统（准静止锋和冷锋）和台风影响,台风降水的水汽来源主要来自中国南海和东海地区,此水汽往内陆输送过程中不断形成降水,此过程中降水重同位素（¹⁸O和²H）不断被冲刷造成其值逐渐变小;受准静止锋面系统影响降水δ¹⁸O值为极小值,这与锋面系统中冷、暖气团相遇造成强烈空气对流活动密切相关;而在冷锋面系统影响下,湖口地区降水δ¹⁸O值和d-excess较大,这与中国南方内陆局地再循环水汽补充有关,该研究结果将为鄱阳湖流域大气环流和水循环过程研究提供科学依据和数据支撑。     

稳定性同位素在干旱区生态水文过程中的应用特征及机理研究

本文重点阐述了稳定性同位素18O和D在生态-水文过程研究中的研究进展,主要包括植物水分来源与比例、土壤水分动态变化与植物根系吸水、干旱区水分转化与补给等方面的研究成果。并针对我国干旱区生态水文过程研究中的具体问题,指出在今后应加强利用稳定性同位素技术在荒漠植被不同水分来源识别、植物水-地下潜水-土壤水-大气降水的转化过程、干旱区降水对不同尺度范围土壤水分和地下潜水的转化补给、具有水力提升和逆水力提升功能植物识别等方面研究中的应用。     

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...     

巴丹吉林沙漠沙山区径流与地下水补给条件

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠沙山斜坡上发现了沙漠区罕见的因大气降水而产生的地表超渗径流,地表径流侵蚀,缓渗径流及因地下径流出露而产生的地表径流--风沙混合物理沉积与化学沉积(次生盐).根据电镜观察,能谱分析,化学分析和粒度分析等资料,研究了径流化学沉积物的矿物和化学组成,风积沙和径流--风沙混合物理沉积物的粒度组成,径流类型及沙山区水分平衡,降水对地下水与湖水的补给机制.超渗径流的出现表明,虽然该区降水量少,但存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.径流,径流--风沙混合物理沉积和化学沉积等六项科学指标从深层次上充分证明,该区降水通过入渗至少达到了沙山的下部,完全能够对地下水构成有效补给.细粒层相对的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区确实存在令人惊奇的水分正平衡,即在大气降水在经过蒸发和蒸腾等消耗之后,每年还有约134648.4 t/km²水补给了地下水和湖水,成为湖水的重要补给来源之一.沙山区能够产生有效降水,植被稀少蒸腾量少,沙层入渗率高和沙层受蒸发影响深度很小是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的四个条件,也是导致该沙漠区有众多湖泊发育的主要条件.     

应用同位素研究黑河下游额济纳盆地地下水

黑河下游额济纳盆地位于两北内陆干旱区,大部分地区为戈壁沙漠,降水稀少,蒸发强烈,生态环境脆弱。盆地内天然植被的生长发育主要依靠于区域地下水,研究盆地地下水形成和循环机制,对流域治理、生态环境建设具有重要意义。本文采用环境同位素示踪技术,结合水化学分析方法和区域水文地质条件,研究分析了盆地地下水循环特征、地下水与地表水的相互关系和流域不同地区地下水补给来源等,为黑河下游水利工程规划和水量调度提供科学依据。     

雷州半岛土壤渗透性及其与地下水补给关系

对雷州半岛土壤渗透性进行了分析,并结合地形地貌、降雨入渗补给情况,识别地下水潜在补给区。雷州半岛土壤渗透性空间差异较大,饱和渗透系数变化范围为 0.04~8.83 m/d。总体而言,半岛南部、遂溪西北部渗透性较好,中部较差。土壤渗透系数受到土地利用类型、土壤粒径、土壤有机质等的影响。随着土壤中值粒径和有机质含量的增加,土壤渗透系数增加。不同土地利用类型,其土壤平均渗透性优劣表现为：荒地＞桉树林＞甘蔗＞菜地＞菠萝＞其他林地＞香蕉＞苗圃＞坡稻＞水稻田。降雨入渗补给系数南北高、中间低,随着土壤渗透系数增加而提高。半岛南部石茆岭和石板岭一带,地势高,坡度较缓,同时土壤渗透性和降雨入渗补给系数相对较高,为雷州半岛地下水潜在补给区。     

华北平原缺水盐渍区浅层地下水位动态分析

本文以国家农业科技攻关南皮试区为例,分析了华北缺水盐渍区地下水水位动态及其与降水量的关系,应用灰色系统理论的GM(1,1)预测方法,建立了地下水位动态的模拟、预测模型。结果表明,在目前供水、用水和水文地质条件下,未来地下水水位呈缓慢下降趋势,年均下降速度为0.12～0.14m/年。单靠平水年甚或丰水年降水难以维持地下水采补平衡,必须进行多年径流调节或跨流域调水,以丰补歉,互济余缺,并实施农田综合节水技术,防止区域水环境的恶化。     

基于水循环视角的海绵城市系统及研究要点解析

海绵城市建设的本质是城市水系统的重构,明晰海绵城市系统所涉及的水循环过程是海绵城市研究中最根本、最重要的问题。以海绵城市建设区为研究对象,本文定义了海绵城市系统的内涵,明确海绵城市系统的输入项与输出项,探讨了基于海绵城市系统的城市水循环过程,即海绵城市建设区“大气水—地表水—土壤水—管网水—地下水”转化过程。分别从明确海绵城市建设区的降水与污染物输入、掌握典型海绵设施的径流及污染物转化过程、重视排水管网径流监测与汇流特征参数确定、准确分析海绵城市建设区的径流及污染物外排过程、综合评估海绵城市建设的生态与地下水回补效益共5个方面,系统梳理了海绵城市系统的研究现状及未来的研究要点,以期为海绵城市建设的基础理论研究与工程实践提供启发和帮助,促进中国城镇化转型发展。     

LASCAM水文模型在流域生态水文过程研究中的应用——模型理论基础

LASCAM水文模型是一种大尺度分布式概念水文模型,介于高精度分布式水文模型和集总式经验模型之间,是基于亚流域空间单元建立的中等精度的分布式概念模型。LASCAM模型在亚流域空间单元定义了3个概念性土壤水库,在经验方程的基础上:①建立亚流域各土壤水库与亚流域生态特征(LAI)和气候(降雨)之间函数关系;②通过对亚流域的降雨-植冠截流过程、地表产流过程、表层入渗-亚表层产流过程、亚表层入渗过程的模拟,揭示降雨在亚流域的(地表和亚表层)径流和入渗等环节的再分配过程;③基于亚流域各土壤水库的水量(水位)建立了各土壤水库之间的水通量过程方程;④建立亚流域各库的蒸散发与生态特征(LAI)之间的函数关系模拟各库的蒸散发过程。最后,通过河道径流演算法则,并依据亚流域与流域总体之间的分布式关系,将各亚流域的径流汇总到整个流域,从而将亚流域空间的水文响应扩展到流域整体空间上,实现了大尺度异质性流域的水文过程和水量平衡模拟。     

黄土丘陵区地表水和地下水对降水的响应——以康沟小流域为例

以"退耕还林"为主体的黄土丘陵区生态环境建设在过去10年来取得了显著成效.为揭示"退耕还林"政策实施以来黄土丘陵区的降水与地表水和地下水的关系,本文以延安康沟流域为例,根据1997-2006年延安站的逐日气象数据和康沟流域地表径流、泉水、井水水位实测水文数据,以及康沟流域地形地貌和土地利用等资料,利用相关分析法分析了康...     

低覆盖度治沙理论的核心水文原理概述

土壤水分的渗漏过程是陆地生态水文的3个最核心过程之一,降水向土壤深层渗漏或者补给地下水,关系到干旱沙区水平衡维持和植被稳定持续发育.多年的治沙实践和研究结果表明:(1)天然分布稳定的沙生植被,覆盖度一般低于30％,降水均能够渗漏到土壤深层或者补给地下水;(2)人工营造的固沙林,当林分的覆盖度大于40％后,林下土壤含水率...