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.     

水体稳定同位素在青藏高原大气环流研究中的应用

水体稳定同位素作为贯穿水循环的介质,是研究大气环流过程和传输路径的有效手段。介绍了水体稳定同位素技术在青藏高原大气环流研究中的应用,聚焦典型站点降水、河水和冰芯等水体稳定同位素的季节和空间变化特征,揭示了大气环流对地表水稳定同位素高程效应的显著影响,以及大气降水对地表水的主导;引入降水稳定同位素标准判断亚洲夏季风爆发时间;通过冰芯稳定同位素揭示了厄尔尼诺—南方涛动对整个青藏高原水循环的影响及其响应机制的区域差异。在未来的研究中,将加强跟地球系统模型的结合,关注水体稳定同位素在不同时间尺度的控制因子、突变过程以及激发机制,进而量化古气候替代指标中的稳定同位素变化、从较长的时间尺度上重建影响青藏高原的水汽来源的演变历史。同时关注过量氘等具有水汽来源诊断能力的参数,研究其与大尺度环流参数的相关性,从海表温度、蒸发等陆—气相互作用分析并将高原环流过程与全球环流过程紧密结合综合分析。     

乌鲁木齐河流域不同水体中的氧稳定同位素

采用乌鲁木齐河流域历年采集的降水、表层粒雪、冰川融水和河川径流等水样资料,分析了取样期间不同水样中氧稳定同位素的变化,揭示了降水中氧稳定同位素变化存在着明显的温度效应,而温度效应又与海拔高度有关;表层粒雪和冰川融水中氧稳定同位素则无明显的高度效应;冰川融水中的氧稳定同位素比率小于河川径流中的氧稳定同位素比率。评估了不同影响因子对水循环过程中稳定同位素变化的影响及相互作用,为稳定同位素技术在水循环研究中的应用提供了实例。     

拉萨夏季降水中氧稳定同位素变化特征

根据青藏高原拉萨气象站１９９３～１９９６年雨季降水中δ１８Ｏ的测量和ＩＡＥＡ／ＷＭＯ的观测结果，分析了拉萨雨季降水中δ１８Ｏ的变化规律，以及与气温和降水之间的关系。受青藏高原季风的影响，拉萨降水季节变化异常明显，降水集中在夏半年，尤其是７～９月份。拉萨降水中δ１８Ｏ也表现出季风降水的典型特征。降水中δ１８Ｏ“雨量效应”明显，而且这种降水量的影响远远掩盖了气温对降水中δ１８Ｏ的作用。高降水对应降水中δ１８Ｏ低值，反之亦然。拉萨降水中δ１８Ｏ的这种变化特征与青藏高原北部是不同的。     

小昌马河流域地表水地下水同位素与水化学特征及转化关系

利用小昌马河流域上游大雪山老虎沟冰雪融水及下游昌马洪积扇区地下水的稳定同位素和水化学资料, 对流域稳定同位素和水化学的组分特征和季节变化进行了分析. 结果表明: 小昌马河流域内从上游冰雪融水区到下游昌马洪积扇地下水排泄区矿化度不断增高, 水化学类型由HCO₃-Mg-Ca过渡到HCO₃-SO₄-Ca-Mg; 上游冰雪融水与下游地下水δ¹⁸O的季节变化基本一致, 洪积扇区地下水来源于冰雪融水的补给. 水文地球化学模型模拟显示地下水形成过程中水岩作用以析出方解石, 吸收二氧化碳, 溶解石膏、 岩盐和绿泥石等为主要特征, 溶蚀的含盐矿物使地下水中氯化物、 硫酸根和钠离子含量升高, 地下水水质恶化. 同位素和水化学证据均揭示了小昌马河流域地表水-地下水的化学环境转化关系.     

无定河流域碳氮稳定同位素研究

对黄河中游一条很有特点的高悬沙支流--无定河流域进行了碳氮稳定同位素调查,发现该流域植被的碳氮同位素组成分布范围很广,碳同位素组成呈现出明显的双峰特征,说明该流域生态系统属于C3和C4混合植被类型.植物的氮同位素组成与碳同位素组成之间并不存在相关关系.沿河沉积物中的碳氮同位素组成之间存在有弱负相关性.河水悬浮体中碳氮同位素组成显示出良好的负相关关系,反映出该河悬浮体中主要有2种物质来源以及具保守性的物理混合特征.根据无定河流域植被、土壤、沉积物的碳同位素调查结果,估算出该河流颗粒有机质中C3植物碳的贡献可占75%～80%.河水悬浮体中有机质的控制性来源是中下游陆地侵蚀物质,同样也反映了流域植被的同位素特征,C3植物碳的贡献占优势.初步的研究结果已经证明,在研究河流中生源要素的输送通量与降水及径流过程之间的关系和河流物质与陆地生态环境变化之间的关系时碳氮稳定同位素示踪应该是十分有效的手段.     

桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化。化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl~-和Na~+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg~(2+)/Ca~(2+)摩尔比值与HCO_3~-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO_3~-值就越高,并且H_2SO_4和HNO_3积极参与流域内碳酸盐岩风化。硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+有一定的贡献。此外,人为采矿活动和农业活动对SO_4~(2-)和NO_3~-的产生有较大的影响。质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大。水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO_2的贡献。地表水和地下水的DIC浓度和δ~(13)C_(DIC)值差别较大,DIC值与δ~(13)C_(DIC)呈反相关关系,这说明来自土壤CO_2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强。根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇。     

河道水体中氢氧稳定同位素组成的微分方程模型

介绍了前人提出并被广泛应用的瑞利分馏模型,指出了其优缺点。针对其不足,在作了一定的假定和简化的前提下,基于瑞利分馏原理和水力学基本定律分别推导了:①静止水体的氢氧稳定同位素组成随时间变化的微分方程模型,揭示了静止水体的同位素组成与时间、分馏系数和蒸发率之间的关系;②河道中运动水体的同位素组成随时间和空间变化的微分方程模型,导出了河道运动水体中稳定同位素组成与分馏系数、流速、流量、蒸发率之间的定量关系。最后通过数学推导论述了上述各模型之间的内在联系。上述模型的建立为定量计算和精确模拟运动水体中氢氧稳定同位素组成的变化提供了确定性的数学基础,也为更客观、更充分的解译水的稳定同位素数据提供了帮助。     

青藏高原降水中稳定氧同位素研究进展

稳定氧同位素（δ18O）在冰芯研究中能够很好地反映气候变化,尤其是气温变化的一项重要指标。研究青藏高原降水中δ18O为科学的解释冰芯中δ18O记录具有重要的指示意义。分别介绍了青藏高原季风区、非季风区以及季风区和非季风区的过渡区降水中δ18O研究历史和现状,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。     

长江流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ2H和δ18O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ2H=7.965δ18O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从<10mm至>300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812×10-3减小为-5.479×10-3。δ2H~δ18O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。     

流域水资源实时调度研究--以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

干旱区内陆河流域水文与水资源问题

阐述了我国水文水资源研究的发展阶段,面临的主要问题,以及当前研究中的热点问题。以新疆地区为例,对干旱区内陆河流域的水文水资源研究方向作了初步探讨。     

利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析

利用稳定同位素大气环流模型模拟结果, 借鉴数据同化的思想, 运用Cressman插值法和最优插值法两种空间插值方法对青藏高原多年平均降水δ¹⁸O模拟结果进行客观订正, 并运用交叉验证方法检验空间插值的效果. 结果表明: 最优插值法订正的结果稍优于Cressman插值法; 对比订正结果与运用经验回归模型BW模拟结果表明, 最优插值所建立的降水稳定同位素的空间分布结果要优于BW模型模拟结果, 而Cressman插值方法订正的降水稳定同位素的空间分布结果与BW模型模拟的结果相当. 两种空间插值所得结果经过高程订正后, 对青藏高原南部的预测结果得到了明显改善.     

长江河源区的河水主要元素与Sr同位素来源

长江源区河水化学成分来自雨雪、蒸发盐岩、碳酸盐岩和硅酸盐岩。主要支流楚玛尔河、北麓河的主要阳离子为Na 、Ca2 和Mg2 ,占阳离子总量的97%以上.Ca Na,Mg Na,K Na的比值较低,87Sr 86Sr为0 709180±20～0 710280±11,河水成分以蒸发岩类溶解为主。发源于唐古拉山北坡的长江源头,及其支流主要阳离子为Ca2 ,Mg2 ,Na 占阳离子总量的97%以上,Ca Na,Mg Na,K Na的比值较楚玛尔河等河流高,87Sr 86Sr为0 708954±20～0 710455±18,表现为以碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解为主。计算表明,长江河源区河水中主要化学成分来自蒸发岩中Na 和Cl-,在河流水化学成分中占比例最大,长江河水中Cl-含量从河源区向下游明显逐渐减小,反应出河源区高寒干旱环境下河流蒸发岩的化学侵蚀作用较强的特征。     

长江流域陆地水储量与多源水文数据对比分析

从趋势性、滞后性及相关性三方面,对2002—2013年间GRACE重力卫星反演的长江上游与中游陆地水储量与模型模拟土壤含水量、实测降水和实测径流数据进行了对比分析,并从干旱强度及发展时间两方面评估了标准化陆地水储量指数SWSI、标准化降水指数SPI、标准化径流指数SRI和标准化土壤含水量指数SSMI对区域性干旱的表征能力.结果表明:长江上游地区陆地水储量与降水、径流和土壤水蓄量均无显著变化,而中游地区陆地水储量则与水库蓄量同样具有显著性增加,反映人类活动对中游地区陆地水储量变化有很大影响;各指标指示的各等级干旱月份数量基本相当,但各指标反映的特旱具体月份有较大差别,基于GRACE数据构建的SWSI指标对特大干旱的指示性不好;对比各指标对上游与中游地区干旱事件发展时间,体现出水文干旱、农业干旱对气象干旱存在一定的迟滞关系.     

Influence of moisture transport on stable isotope in precipitation in Yarlungzangbo River basin

The relationship between the variation of δ ¹⁸O in precipitation in Yarlungzangbo River basin and the moisture flux was analyzed with NCEP/NCAR reanalysis grid data and δ ¹⁸O in precipitation at four stations (Lazi, Nugesha, Yangcun and Nuxia) of the region investigated. In terms of spatial variations, there is obviously a positive correlation between them for the entire basin. With the decrease in moisture flux from the downstream to the upstream area, δ ¹⁸O in precipitation became gradually decreased. However, in terms of temporal variations, higher δ ¹⁸O in precipitation during spring is linked to small moisture flux while low δ ¹⁸O in precipitation during summer is linked to large moisture flux. A model involving meteorological data from NCEP/NCAR was subsequently set up which successfully traced the moisture transport trajectories at Yangcun station. Based on the traced moisture transport trajectories and the δ ¹⁸O in precipitation at Yangcun station, the relationship between δ¹⁸O in precipitation in Yarlungzangbo River basin and the moisture transport history was discussed. We found that the humid marine air mass from the Indian Ocean in general has significantly lower δ ¹⁸O values than the continental air mass from the north or local re-evaporation. The fluctuation of δ ¹⁸O in precipitation during the monsoon season is very pronounced; the lower values are usually related to farther distance and multilayer moisture transport, as well as moisture crossing the Himalaya Mountains. __________ Translated from Advances in Earth Science, 2007, 22(8): 842–850 [译自: 地球科学进展]     

三川河流域水资源演变个例研究

以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程.在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响.在模型中保持其它条件不变,仅以改变降水、人工取用水及下垫面条件来模拟种不同情景的水循环:情景1,1956-1979年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景2,190-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景3,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景4,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水;情景5,1956-2000年降水系列、1956-2000年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景6,1956-2000年降水系列、2000下垫面、无人工取用水;情景7,1956-1979年降水系列、1956-1979年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景;190-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水.情景2和情境1比较,发现降水单项因子减少4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少1.4%,地下与地表水资源不重复量15.%,狭义水资源量1.3%,有效蒸散发量2.1%,广义水资源量4.6%.情景4和情境3比较得出,在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加113.5%,在狭义水资源量减少0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加0.9%,广义水资源量增加0.7%.情景6和情境5对比,发现在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少4.3%、4.3%和2.%,有效蒸散发量增加7.1%,广义水资源量增加5.3%.情景和情境7对比分析得出,三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少30.6%,地下与地表水资源不重复量增加114.5%,狭义水资源量减少25.%,有效蒸散发量增加6.7%,广义水资源量增加1.1%.研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值.