黑河上游高寒山区降雨-径流形成过程的同位素示踪

为揭示中、低纬度高寒山区降雨-径流的形成过程,指导水资源的合理开发利用,选择黑河上游红泥沟小流域为研究区,基于河道径流量及雨水和河水稳定同位素的观测数据,构建二元混合模型,计算了2013年7月23日及8月21日两次典型降雨-径流事件中事件水（降雨）和事件前水（流域前期储水）对河道径流的贡献及其动态变化.结果显示:两次降雨事件中事件前水的贡献比例分别为68.69%和54.46%;事件前水的贡献比例在涨水阶段减小,在退水阶段增大.结合河水电导率的观测结果,进一步分析了降雨-径流的形成过程:河道径流的形成主要受饱和区蓄满产流、河岸带地下径流和山坡地下径流3种产流机制控制;事件水主要源于蓄满产流,事件前水主要源于河岸带和山坡地下径流;事件初期和末期以河岸带地下水补给为主,涨水阶段后期和退水阶段前期转为以蓄满产流和山坡地下水补给为主,洪峰期间蓄满产流的贡献达到最大.两次事件的对比表明,事件前的湿度条件和降雨强度对降雨-径流的形成过程有着重要影响:前期越湿润,流域储水能力越弱,导水能力越强,事件水的贡献越大,河道径流对降雨的响应越迅速;降雨强度越大,蓄满产流及其中的事件水比例越高,河道径流中事件水的比例也越高.      

融水径流分割研究回顾及展望

全球气候变暖引起雪冰（积雪/冰川）消融、冻土退化,融水径流量显著增加。不同融水径流分割方法可以量化河流径流的融水比例,反映高寒区雪冰变化及其对气候变暖的响应。评述了不同径流分割方法的原理及其优缺点,并着重介绍了同位素/化学径流分割的计算方法及示踪剂选择。对比分析各研究流域融水径流分割结果,详细讨论影响融水径流变化的主要因素。针对同位素径流分割方法的理想化假设,提出了量化不确定性的的拓展研究。最后,阐述了随着高频采样技术的完善,同位素径流分割研究的发展前景。     

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.      

树轮——流域径流变化的记录

根据树轮稳定碳同位素组成序列呆较灵敏地记录降水变化的事实，利用长白山红松树轮δ＾１３Ｃｔ序列与松花江年径流量之间的平均变化关系，重建了近２００年来松花江年径流量的变化；年径流量变化有明显的准２２年周期；１９００年以前，径流量在周期波动中呈上升趋势，１９００年之后，流动中呈下降趋势。     

嫩江流域径流时空演化规律分析

以流域时空分布理论框架为基础,分析嫩江流域径流时空演化规律,并着重从地形地貌影响因素方面进行归因分析。采用1955-2003年49 a的降水资料和1955-1973年19 a的径流资料,通过对代表性水文站自上游至下游（空间上）径流、地表径流和地下径流的年内与年际（时间上）演变规律进行分析。结果表明：1）嫩江流域降水年内变化及年际变化过程基本一致,可以忽略降水时空分布对径流时空演化规律的影响。2）从径流年内演化规律上可以判定上下游水源组合的差异性：上游以地表径流为主,在春季来源于融雪,汛期来源于大气降水,枯水季节来源于地下水补给;下游全年以地下径流为主。3）由于坡度和水文地质条件作用,上游更容易产流,下游受下垫面调蓄作用更强,不易产流;因此,从径流年际演化规律上可以判定径流产量自上游至下游逐渐减小。     

集水区降雨径流晌应的环境同位素实验研究

利用环境同位素氚和氧-18对实验集水区进行降雨和径流响应的研究表明:(1)地面径流必源于本次降雨的概念不确,其中往往有非本次降雨的水量.经对1986年～1989年各次降雨估算表明,非本次降雨贡献最高可达50.5%.(2)非饱和带壤中流和饱和带地下水径流中必有非本次降雨的水量,并与地面径流一样,在次降雨径流过程中有时程变化.(3)对不同径流组成的流量过程,非本次降雨所占的比重不同.通过分析,可知降雨径流相关关系中的一一对应假定不确切,认为:传统的降雨径流经验关系和单位线概念需重新考虑;传统的过程线经验划分方法和现行同位素划分方法的有关基本假定不完全符合实际.     

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明：在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。     

融水对流域水环境系统影响研究进展

开发融水资源是解决水资源危机的一个重要途径，研究融水对流域水环境系统的影响是实施这一开发工程的基础，国内外对融水径流产生的影响条件、表征等方面采用野外实验的方法作了较为深入的研究，且已经将非线性系统理论应用到融水径流的表征的分析上来。采用实验的方法对融水水质的演化进行了较为深入的研究。地理信息技术已逐步应用到这个研究领域中来，但对融水侵蚀、融水水质在流域上的表征的研究较少。最后给出了今后融水对流域水环境系统影响的研究方向和重点。     

高寒山区河道径流的形成与水文调节机制研究进展

高寒山区河道径流的形成与水文调节机制是认识流域水资源形成与转化过程,以及预测气候变化下流域水文过程响应规律的基础. 通过分析国内外相关文献,从高寒山区河道径流的水分来源及其气候变化下的影响机制、高寒山区不同类型下垫面对河道径流的调节机制、高寒山区不同类型地下水对河道径流的调节机制三个方面综述其研究进展,总结问题与不足,发现气候变化是影响高寒山区河道径流形成过程的主导因素,探究水文输入、下垫面、地下水等次要影响因素与气候变化之间的响应规律是揭示高寒山区河道径流水文调节机制的关键科学问题,并提出未来研究的总体趋势和改进建议,为高寒山区河道径流形成机制及其对气候变化的响应规律研究提供参考依据.      

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...     

流量过程线划分的同位素和水文化学方法研究进展

简要介绍了同位素和水文化学划分流量过程线的原理,综述了国内外关于流量过程线分割各种模型的发展历程及其优缺点,最初的二水源模型分割出了降水和地下水两种组分,没有考虑土壤水;三水源模型主要包括降水,地下水和土壤水,应用较广;多水源模型适用于水源补给较复杂的流域.该方法从单纯的同位素示踪发展到同位素和水文化学示踪的结合,不确定性分析的方法逐渐多样化和精确化.国内在该领域的研究较少.今后应加强不同尺度不同水文地质条件流域的研究,综合利用多种方法分割过程线.     

论流量过程线划分的环境同位素方法

自1987年起,在实验流域和代表流域对现行流量过程线划分两种径流成分的环境同位素法的基本假定进行了实验检验.结果表明,由于沉域水文系统同位素条件的复杂性,8项基本假定大多是不正确观念,应用该模型所得结果误差较大.研究认为对天然流域流量过程线使用环境同位素方法划分两种或两种以上径流组分时,必须具有4项必要条件,才能取得合理结果.     

流量过程线分割方法的分析探讨

对流量过程线分割方法进行了深入的研究，讨论了对基流问题的认识，给出了较合理的基流定义；分析探讨了几种常见的流量过程线分割方法以及存在的问题，并对这些分割方法从物理成因和水文产汇流规律等方面进行了比较研究。     

基于霍顿下渗能力曲线的流量过程线连续分割方法研究

在用前期影响雨量代替流域蓄水量的基础上,提出了基于霍顿下渗能力曲线的流量过程线的连续分割方法.选择西峡、猴子岩和东湾三个流域的降雨径流资料,采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的数字滤波法、非线性水库法和Boussinesq方程法相比较.结果表明,该方法具有一定的物理基础、符合产汇流基本规律,而且能够减少涨洪段流量过程线分割的主观性,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义.     

流量过程线分割的新方法--公式推导

针对现行流量过程线分割方法中存在着缺乏物理基础和客观的、科学的操作方法，以及其他的一些问题，提出了流量过程线的分割应遵循的三条基本原则，在此基础上提出流量过程线分割的新方法。该法通过流域的降雨资料和出口断面的流量资料，经推导得到Horton下渗能力曲线的三参数，并推导出地下净雨量在非饱和带运行时间公式和地下水汇流公式，从而对流域出口断面流量过程线进行分割。     

同位素测定样品中钙和锶的分离

与样品中基体和Rb分离了的Ca和Sr,在0.08mol/L柠檬酸-1.5mol/L NH_4OH介质中流经Dowex50×8阳离子树脂柱,并用此溶液淋洗Ca,用4mol/L HCI洗脱Sr。收集的含Sr溶液用于同位素年龄测定,消除了质谱测定过程中Ca的干扰。     

流量过程线分割的新方法——应用分析

介绍了基于Horton下渗能力曲线的流量过程线分割的新方法的计算流程。选择猴子岩、西峡、东湾、王窑水库和尚义五个分属于不同气候区流域的降雨径流资料。采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的非线性水库假设分割法和数字滤波分割方法相比较。结果表明,该方法是具有物理机制的、客观的分割方法,分割的结果符合水文的基本规律,比其他两种方法更加合理,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义。     

地下水中铬的分离技术及其应用

提出了一种将地下水中的铬与其他基本离子分离的技术,用于固体离子源热电离质谱计(TIMS)测定铬同位素比值.利用铬的氧化态以阴离子形式存在的特点,采用阴离子交换色层分离法将Cr5 与干扰阳离子分离;利用铬的还原态以阳离子形式存在的特点,将Cr3 与硫酸根等干扰阴离子分离.该方法可以成功地应用于地下水中铬同位素信息的测定,在地下水铬污染研究中有着广阔的应用前景.     

地质样品中铬的化学分离及双稀释剂法铬同位素测定

本研究建立了适用于玄武岩、纯橄岩和页岩样品的阳离子树脂铬元素化学分离方法, 并采用双稀释剂校正化学分离和质谱仪测量过程中的质量分馏。在化学分离过程中铬有3个淋洗峰, 反映了盐酸体系中铬至少具有3种络合物。页岩样品中Al、Ti含量较高, 在淋洗过程中会有过载现象。采用了SRM 979对50Cr-54Cr双稀释剂进行了标定, 双稀释剂的铬同位素组成为50Cr/52Cr=41.66, 54Cr/52Cr=22.28。铬元素标准NIST 3112a相对于SRM 979的δ53Cr= –0.063±0.05‰(2SD, N=22)。玄武岩、纯橄岩等标准物质的结果与已发表数据在误差范围内一致, 精度达到国际同类实验室平均水平。