石羊河上游—祁连山冷龙岭西营河流域同位素径流分割研究

发布时间：2020-04-07 17:47

【摘要】：近年来,石羊河上游出山径流变率增大,引发了一系列生态问题,关于径流变率的原因探讨成为研究热点。石羊河流域径流的水源组分较为复杂,不仅包含区内的大气降水和地下水,而且包含高海拔冰雪消融产生的融水,因此解释其汇流机制非常困难,解释出山径流量变化也缺乏相应的科学依据。本文依据2015年5月-2016年5月在石羊河流域上游-祁连山区冷龙岭西营河流域采集的不同水体样品,对该区流域内大气降水、冰雪融水和河水径流中氢氧稳定同位素的特征进行分析,探讨了夏季丰水期流域内各水体中的氢氧稳定同位素的组成,同时计算和讨论了该流域径流量的补给贡献率以及不确定性分析,开展石羊河上游流域同位素的径流分割研究。研究有助于明确季风边界高寒山区径流形成过程和机制,提高对复杂气候系统作用流域径流补给和汇流过程的认识程度,为开发和改进分布式水文模型汇流和融冰(雪)模块提供物理依据,提升对石羊河流域水资源形成及其转化规律的认知水平,同时也能够为下游绿洲区水资源的综合管制和合理利用提供科学依据。通过研究得到的主要结论如下:(1)研究区域局地大气水线的斜率低于全球大气水线和中国大气水线的斜率,截距与全球大气水线和中国大气水线的值较为相近,符合干旱半干旱区降水同位素特征,说明该区部分降水主要来自于局地水汽循环。研究区域地处高海拔内陆区,雨水在降落过程中经历了一定程度的二次蒸发效应,重同位素在雨水中大量富集,致使大气水线的斜率与截距降低。降水同位素具有一定的季节效应,6-8月不断富集,8-10月逐渐贫化。研究区内6-10月温度效应显著,且呈现出一定的“逆降水量”效应,分析原因在于降水量增加状态的时期正是气温升高明显的时期,显著的“温度效应”使得“降水量”效应无法体现。(2)表层雪的季节变化显著,呈现出秋高冬低的变化趋势,6-10月不断升高,10-次年1月逐渐降低,最高值出现在10月,最低值出现在1月。δ~(18)O与高程之间呈现微弱的负相关,但相关性弱。冰雪融水的变化范围小于表层雪,基本包含于表层雪的范围内,且平均值均大于表层雪的平均值。季节变化不明显,5月和9月同位素值较高,其他月份变化相对平稳。(3)河水中氢氧稳定同位素不符合“高程效应”规律。δD和δ~(18)O的变化表现为从先降低后升高的趋势。从季节角度来看,上游区三岔口的同位素值随时间的变化相对较大(-3.01‰),下游两个采样点波动范围相对较小(-1.74‰),三个站点6-次年2月δ~(18)O值随时间变化表现出相同的规律,2-6月δ~(18)O值变化差异明显。(4)石羊河上游-祁连山区冷龙岭西营河流域降水和冰川融水对河水径流的贡献率分别是63.77%和36.23%,表明西营河流域水体主要为降水和冰川融水,在雨季降水成为径流主要的补给源。研究区的径流组分显现出较为复杂的状态,冰雪融水和大气降水对于河水的贡献率季节变化不明显,6-7月,河水径流量增多,冰雪融水为主要补给方式;7-9月河水中降水所占比例呈现出增大的趋势,成为主要补给源。(5)对研究区径流分割的不确定性分析表明,示踪剂时空变化产生的误差相对大于测试方法导致的误差。无论是测试方法误差还是示踪剂时空差异误差,都在9月最为显著,时段内最高的温度和最多的降雨量,较强的蒸发作用导致不平衡分馏效应,因此拥有更高不确定性。示踪剂的空间异质性造成的误差U_m的不确定性主要是由降水(和冰雪融水)示踪剂的时空变化导致的,河水的时空变化相对较小,对不确定性的影响微弱。分析原因是由于研究选取的流域高程变化有关,流域内海拔落差大,导致降水和冰雪融水氧同位素的时空变化较大。
【图文】：

研究区概况图

大气水线,降水量效应

图 4-1 局地大气水线图Fig.4-1 Local Atmospheric Waterline降水时间变化特征及同位素效应大气降水同位素δD 变化范围为-75.34‰到-6.09‰，-1.77‰，δD 和δ18O 的平均值分别为-38.53‰和-6.70‰-350‰~50‰，δ18O：-50‰~10‰）和中国降水平均同10‰-2‰，δ18O：-24‰~2.0‰）之内。δ18O 和δD 表现月达到最大值，8-10 月逐渐贫化的变化特征，与同期降雨与温度（T）之间的回归分析可得，δ18O 与温度（18=0. 8 t8.1 ， =0. ），随着温度的升高。对降水量效应的观察发现，，石羊河上游-祁连山冷降水量呈现正相关关系，也就是“逆降水量效应”（因由于降水样品的采集为 6-10 月份，该时段内，降
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P333

【参考文献】