同位素示踪剂在流域水文模拟中的应用

主要目的是通过对同位素在流域水文模拟应用中的一些假定、限制条件以及方法进行澄清和系统化,从而促进同位素在流域水文模拟中一些新的研究方向和研究热点.主要从三个方面,即同位素流量过程线分割、流域平均滞时与不同水源混合、与水文模型耦合,讨论同位素示踪剂在流域水文模拟中的研究进展情况.同时指出了同位素在流域水文模拟中应用存在的一些主要问题,包括:①降雨同位素含量的时空变化;②不同径流成分的采样;③径流输出同位素含量的空间变化;④流域平均滞时分布函数的确定;⑤水文同位素耦合模型.     

同位素质谱分析测试技术进展

同位素质谱分析测试技术是同位素研究的基础。本文评述了同位素质谱分析测试技术中常用的多接收器等离子体质谱法、激光探针质谱、离子探针、热电离质谱法和高精度质谱计分析同位素的原理、应用范围、存在问题和研究进展,建议选择分析同住素方法时,需考虑每种方法各自的特点和优势、仪器的性能等。     

流域生态水文模型研究和问题

在生态水文学的发展进程中,流域生态水文模型是研究的重要分支和热点问题。它可以通过不同尺度的生态过程和水文过程的耦合描述,揭示其相互作用机制与关系。发展至今,对流域生态水文模型的研究已取得一些阶段成果,从最初描述单过程的经验模型到清晰刻画物理过程的分布式模型,主要经历了单向耦合模型、概念模型、半物理过程模型和物理过程模型。目前,流域生态水文模型在森林流域和干旱半干旱区流域生态水文过程对气候变化的响应及土地利用对作物产量影响等方面的研究中得到广泛应用。现有模型在对植被-水文相互作用机制的刻画、流域尺度转换、模型参数估计、输入数据、模拟精度与不确定性等方面存在一些问题,这些问题也是未来生态水文模型研究的重点。生态水文模型的研究依赖于生态水文学的学科发展和理论研究,要紧密结合生态水文学的最新研究进展,才能够实现模型在理论上的突破。     

氚同位素在黑河流域水循环研究中的应用

通过对黑河流域不同水体如降水、河水、深井（>80m） 、浅井（<80m）及泉水的氚（T）含量的测定,结合文献资料和国际原子能机构数据,对流域不同水体氚（T）含量的空间分布特征进行了分析,并对黑河流域浅层和深层地下水的补给来源、年龄及其更新时间进行了研究。结果表明：1）黑河上游、中游及下游河水T含量分别为50.0TU,33.3TU及20.9TU,呈逐渐降低趋势;上游和中游降水T含量变化也呈相似的规律,说明黑河流域河水来自黑河源区降水,且河水从上游到下游流动过程中与地下水进行转换。尤其是在临泽到正义峡段,河水的平均T含量为31.9TU,说明张掖和临泽灌溉抽提的地下水对河水有补给作用。2）黑河上游和中游山前平原的深层地下水T含量大于30.0TU,补给年龄小于50a;中游盆地及下游深层地下水T含量低于10.0TU,地下水年龄在50a以上,为次现代水,更新速度慢。3）黑河上游地下水和河道附近区域的浅层地下水的T含量高于30.0TU,补给年龄低于50a;远离河道浅层地下水T含量低于10.0TU,补给年龄大于50a。说明黑河源区降水是上游地下水的补给源,出山径流是黑河干流附近浅层地下水的主要补给源,地下水补给年龄低于50a,更新期短;远离河道区域的浅层地下水T含量低于10.0TU,为次现代水,更新速度慢。本研究结果对合理科学地利用黑河流域水资源具有借鉴意义。     

流域水文遥感的科学问题与挑战

21世纪以来,水文遥感得到长足发展并成为当前地球科学的研究热点之一,同时也在流域生态水文过程研究中发挥了不可替代的作用,成为当前流域生态水文研究的重要手段。流域水文遥感在研究内容、研究方法、实际应用等方面具有流域整体性要求,涉及流域水量收支的闭合约束、要素反演检验的流域有效性以及流域水文模型的数据同化,指出流域尺度的反演检验、反演结果的不确定性和数据同化的误差溯源是当前面临的科学挑战。     

内陆河流域山区水文与生态研究

以河西走廊黑河干流山区流域为例,从山区水文循环、水文与生态系统以及径流形成和预测等方面讨论山区流域水文和生态相互作用研究的有关问题。山区降水的空间和时间分布规律和固态、液态降水组成变化主要受制于海拔和地形的影响,而不同海拔和地形条件下的下垫面不同土地覆被和复杂的空间异质性则主要影响蒸散发量。对内陆河山区流域的水文小循环的研究,有助于进一步研究和认识内陆河流域上、中、下游水文和生态系统的相互联系问题。至今,对山区水文过程与生态系统的相互作用问题的研究还非常薄弱,需要研究山区森林草地生态系统在山区水文循环中的作用以及在维持和保护山区生态和环境中的作用和意义。内陆河流域山区水文过程复杂而综合性强,须加强对山区径流形成机理的多学科交叉研究,不断改善出山径流对气候变化和人类活动响应过程的模拟和预测水平。     

干旱区内陆河流域生态水文综合集成研究

针对干旱区内陆河流域生态环境问题,面对国家重大需求及地球系统科学发展方向,指出内陆河流域生态水文综合集成研究的必要性,旨在为精细管理水资源,提高单方水产出效益（经济效益和生态效益）提供思路。以黑河流域为例,追踪流域研究历程,目前从野外调查试验观测,模型模拟到研究平台建设,黑河流域的数据知识的积累已基本具备开展流域生态水文综合集成的条件,但仍然存在着巨大的挑战。根据存在的问题,提出未来进行集成研究应加强的3个方面：①加强综合观测;②强调人文因素的定量研究和人文过程的研究;③重视模型、模拟方法在描述和反演地理真实中的应用。     

黑河流域生态水文样带调查

样带研究是研究全球变化与陆地生态系统关系最有效的途径之一。通过在黑河流域上、中、下游分别确定具有代表性的流域样带和空间网格,系统调查植被、土壤、水文、地貌和气候特征及人类活动和社会经济特征,建立相应的数据库。完善流域整体概念的野外观测试验研究网络,形成以流域为单元、科学问题为导向的生态—水文过程的数据—模拟研究平台,使我国流域生态水文研究进入国际先进行列。     

铼-锇同位素地球化学进展

Re和Os是强亲铁元素。Re同位素有：^185Re(37．07％)和^187Re(62．93％)。Os有7个同位素：^184Os(0．018％)、^186Os(1．59％)、^187Os(1．64％)、^188Os(13．20％)、^189Os(16．10％)、^180Os(26．40％)和^192Os(41．0％)。^186Os和^187Os为放射性衰变产物。^186Os由^190Pt通过α衰变而成,^187Os由^187Re通过β衰变而成。     

水文实验求是传统水文概念——纪念中国水文流域研究50年、滁州水文实验20年

回顾了径流实验研究50年来的曲折历程.对于建立实验水文学和相应的实验水文系统作了概述.列举了使用环境同位素所得到的若干初步结果,用以说明通过实验研究对于传统水文概念进行订正是必要的也是有效的.建议恢复径流实验研究,并就其方向、策略等问题在以往经验教训的基础上作了讨论.     

Impact of Climate Change on the Regional Hydrology – Scenario-Based Modelling Studies in the German Rhine Catchment

The aim of the study is an impact analysis of global climate change on regional hydrology with special emphasis on discharge conditions and floods. The investigations are focussed on the major part of the German Rhine catchment with a drainage area of approx. 110,000 km². This area is subdivided into 23 subcatchments. In a first step, the hydrological model HBV-D serves to simulate runoff conditions under present climate for the individual subbasins. Simulated, large scale atmospheric fields, provided by two different Global Circulation Models (GCMs) and driven by the emission scenario IS95a (“business as usual”) are then used as input to the method of expanded downscaling (EDS). EDS delivers local time series of scenario climate as input to HBV-D. In a final step, the investigations are focussed on the assessment of possible future runoff conditions under the impact of climate change. The study indicates a potential increase in precipitation, mean runoff and flood discharge for small return intervals. However, the uncertainty range that originates from the application of the whole model chain and two different GCMs is high. This leads to high cumulative uncertainties, which do not allow conclusions to be drawn on the development of future extreme floods.     

硼同位素分析测试技术研究进展

硼(B)是一个质量较轻的流体活动性元素。它有2个稳定同位素：10B和11B,两者之间相对质量差较大,导致自然界显著的硼同位素分馏。因此,硼同位素作为强有力的非传统稳定同位素示踪工具,在化学、环境、生物、地球及行星科学等研究领域具有广泛的应用。近二十年来,国内外硼同位素分析测试技术不断改进并取得了诸多重要进展。然而,获取高质量硼同位素数据,在样品消解、分离纯化以及质谱测试三个主要环节中仍然存在很多挑战。因为硼具有易挥发性及其在不同pH值环境中因配位不同导致同位素分馏,样品消解和分离纯化对硼同位素准确测量有很大影响。样品消解法主要有高温水解法、酸溶法、碱熔法和灰化法,其中酸溶法与碱熔法是最常用的方法。分离纯化法主要包括离子交换法、硼酸甲酯蒸馏法和微升华法。这些样品前处理方法各有利弊。质谱测试方法主要有两类：一类是溶液法,即热电离质谱法(TIMS)或多接收电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS);另一类是微区原位分析法,即二次离子质谱法(SIMS)或激光剥蚀法(LA)-MC-ICP-MS。不同的测试方法对样品前处理要求不同：溶液法要求去除基质;微区原位分析法要求样品与标样的成分匹配。这些测试方法也存在不同技术挑战：TIMS分析过程中容易产生同位素分馏。而SIMS和LA-MC-ICP-MS分析过程中存在缺少标准样品、样品表面污染、低含量样品精度有限及高含量样品重现性差等问题。基于MC-ICP-MS测量低含量样品中硼同位素的独特优势,本文深入探讨了基体效应、记忆效应和质量歧视效应三方面的现存挑战,通过梳理文献和数据对比,在总结现有硼同位素地球化学研究方法的基础上提出一些分析测试技术发展方向的建议。     

海洋天然气水合物系统硫同位素研究进展

在海洋天然气水合物的地质系统中,甲烷的渗漏作用形成了独特的地球化学微环境。渗漏的甲烷在硫酸根-甲烷氧化还原界面与硫酸根之间发生厌氧氧化反应,同时硫酸盐发生还原反应,形成具有特殊同位素组成的自生碳酸盐、硫化物（AVS、黄铁矿等）和硫酸盐（重晶石、石膏）等。反应过程中硫酸盐还原菌的作用使得产物中硫的同位素发生了强烈分馏,具体表现为低δ34S值的硫化物矿物和高δ³⁴S值的硫酸盐矿物的形成。沉积物中这种独特的硫同位素特征与海洋天然气水合物系统中独特地球化学微环境有关,是硫酸盐还原反应过程中细菌控制的硫酸盐分馏和厌氧细菌对硫的歧化反应（disproportionation）的共同作用结果。     

近十年中国同位素效应理论和计算研究进展

近十年来,国内稳定同位素地球化学的理论解释已普遍达到了量子化学水平.基于精密的量子化学从头或第一性原理,研究者们开始了平衡和动力学分馏系数的计算.在同位素的分析测试、野外观察、理论和计算四个方向上,国内在理论和计算方向的发展可能还算最好的,整体处于国际第一方阵的地位.国内学者率先发展了超冷体系同位素分馏、含压力效应的同位素分馏、同位素的浓度效应、团簇同位素、微小同位素异常、热梯度下同位素扩散效应、高温重复过程等方向的同位素理论和计算方法,也发展了针对固-液两相同位素分馏的可变体积的分子簇(VVCM)计算新方法、针对重金属同位素固相体系的含核体积效应处理的方法,以及针对熔体中同位素扩散的动力学分馏的理论和计算方法.同时,还为大量不同的非传统(金属)同位素体系,提供了大量的平衡分馏系数,为这些同位素体系的日后深入应用奠定了较好的基础.但是,在这些成果中,真正由我国学者首先提出的原始概念、模型、体系和方法还很少,绝大多数都是对前人(主要是国外同行)提出的理论体系和新兴发展方向的修改和补充.未来我国同位素理论和计算领域应率先使用包含量子场论在内的新一代理论工具,在同位素效应的新方向、新概念的提出和新理论的建立方面,做出更多的贡献.     

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.     

鄂尔多斯白垩系自流水盆地地下水锶同位素特征及其水文学意义

鄂尔多斯白垩系自流水盆地北部为沙漠高原区,南部为黄土高原区。区内经济以农业和畜牧业为主,地下水的污染较弱。地下水中Sr来源于含Sr矿物的溶解。因此,可以利用Sr及^87Sr／^86Sr比值来研究水岩作用和地下水的演化。采自盆地20个Sr及其同位素样品的分析结果表明：在区域上^87Sr／^86Sr比值是不均匀的,西南部^87Sr／^86Sr比值较大（0．711002-0．711570）,其他地区。^87Sr／^86Sr比值较小（0．710378-0．710646）;在局域地下水系统中,埋深小于100m的浅层地下水,Sr含量较低,^87Sr／^86Sr比值较大,而埋深大于100m的深层地下水,Sr含量较高,^87Sr／^86Sr比值较小,并且沿地下水径流方向,sr的浓度越来越高。苏贝淖湖是自流水盆地北部局域地下水系统的一个排泻区,湖水Sr含量较低,而^87Sr／^86Sr比值较大,其Sr同位素组成特征与浅层地下水一致,表明湖水来源于浅层地下水。     

我国铀矿质科技近十年的主要进展

本文总结了近十年我国铀矿地质工作的主要进展,包括铀矿成矿理论创新、铀成矿类型和成矿区带划分、全国铀资源潜力评价、主要工业铀矿类型研究评价、相山科学深钻、零价态金属铀的发现及新矿物发现等;论述了砂岩型铀矿快速评价、热液型铀矿攻深找盲、大数据找矿、遥感高光谱、钻探工艺及分析测试等技术创新成果;概述了依据理论创新及技术方法集...     

同位素技术在河南省豫北平原地下水源地规划中的应用

过去,在浅层地下水资源评价中,由于对地下水更新能力的认识不够,对地下水的可开采资源量估计的过高,因而许多地区的开采强度大大超过地下水的天然更新速率,产生了一系列与地下水开发利用有关的环境问题。在充分考虑了地下水的可恢复性,使用同位素T（3H）估算了浅层地下水更新速率与地下水年龄,开展地下水资源评价的基础上,制订地下水水...     

古尔班通古特沙漠水文研究进展

干旱沙漠区水资源是改善生态环境和促进动植物生存的关键.综合古尔班通古特沙漠研究成果,分别对该沙漠气候特征、水分分布和水分来源、水分循环和生态水文过程等方面进行归纳,指出现有研究存在的不足.在此基础上对古尔班通古特沙漠今后研究的方向和内容进行展望,指出将该沙漠不同水体纳入整体研究,以期丰富该沙漠生态水文机制和进一步探讨干...     

全国重要矿产资源潜力评价一些基本预测理论方法的进展

全国25种重要矿产资源潜力评价工作是迄今为止投入最多的矿产预测评价工作,采用的技术方法是基于矿床模型的综合地质信息预测方法。预测工作针对矿产预测的基本问题,如地质工作的不平衡性、三维预测、定量预测与定性预测结合、地物化遥综合预测等问题进行有益探索,提出了新的解决方案。以矿产预测类型为纲,开展建造构造编图,将建造与成矿环境结合;通过矿产预测类型的成矿模式、预测要素研究构建定量预测模型;通过成矿地质体地质参数法预测实现二维到三维的定量预测。