應(yīng)用案例

Picarro L2130-i（溫度和降水控制著藏東南尼洋河流量和水同位素信號的季節(jié)模式）

發(fā)表時間：2024-04-17

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Temperature and precipitation control the seasonal patterns of discharge and water isotopic signals of the Nyang River on the southeastern Tibetan Plateau

Ren W, Tian L, Shao L. 本文發(fā)表于Journal of Hydrology，2023: 129064

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129064

簡介

在近幾十年來印度季風(fēng)降雨量下降和冰雪加速消融影響的背景下，青藏高原東南部（SETP）河流水文對氣候變化尤其敏感。認(rèn)識融水和降雨對該地區(qū)河流徑流季節(jié)性和流量的影響對于提高區(qū)域水文監(jiān)測和水資源管理至關(guān)重要，而水穩(wěn)定同位素分析可以提供一種有效方法。根據(jù)2011年SETP尼洋河工布江達水文站監(jiān)測到的基于事件的降水和河水同位素、河流流量和氣象數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)受融水和降雨共同控制，河流流量同時強烈依賴于溫度和降雨量變化，而河水d-盈余和δ¹⁸O可以分別追蹤融水和降雨的影響。河流流量和河水同位素季節(jié)性信號提供的證據(jù)表明，融水是季風(fēng)前期（低水位期）河流流量和河水同位素變化的關(guān)鍵控制因素，季風(fēng)期的前-中段（上升期和高水位期）降雨是關(guān)鍵控制因素，而在季風(fēng)期中段-季風(fēng)后期（衰退期）關(guān)鍵控制因素并不明顯。這些推斷的季節(jié)性河水來源的關(guān)系與使用δ¹⁸O-d混合模型方法得到的各河水來源對徑流的貢獻具有很好的一致性。在以上三個水文期，融水分別貢獻了28%、41%和25%的徑流量，且融雪是融水的主要貢獻者。這項研究分析了基于事件的SETP代表性河流流量和河水同位素對溫度和降水的響應(yīng)以及融水和降雨對徑流季節(jié)性的影響，該地區(qū)河水長期的同位素記錄或許記錄著流域內(nèi)徑流來源（尤其是融雪與季風(fēng)降雨）相互關(guān)系的變化。

研究方法

在工布江達水文站于2011年收集了基于事件的降水和河水樣品。當(dāng)降水停止后，立即收集降水樣品。記錄每次降水事件期間的降水量（P）和平均氣溫（T_air）。每次降水后，在河岸附近水面以下10-20 cm處采集河水。在同位素分析之前將樣品進行冷藏保存。使用L2130-i Picarro（美國）光腔衰蕩光譜儀（CRDS）進行水樣δ¹⁸O和δ²H的測量，δ¹⁸O和δ²H的分析精度分別為±0.1&permil;和±0.5&permil;。

研究結(jié)果

監(jiān)測點研究期內(nèi)降水量（P）、流量（Q）、氣溫（T_air）和基于事件的降水、河水δ¹⁸O和d-盈余的時間變化（Q1、Q2、Q3代表連續(xù)的三個水文期）。

采樣點研究期內(nèi)降水和河水δ¹⁸O-δ²H關(guān)系圖。

在整個研究期（a）和三個單獨的水文期（b）監(jiān)測點累積河流流量與累積降水量的關(guān)系。

監(jiān)測點三個水文期內(nèi)河流流量分別與河水δ¹⁸O（a）和d-盈余（b）的關(guān)系。

監(jiān)測點三個水文期內(nèi)氣溫與河流流量、河水δ¹⁸O和d-盈余的相關(guān)關(guān)系。

監(jiān)測點三個水文期內(nèi)河水δ¹⁸O與降水δ¹⁸O的相關(guān)關(guān)系。

結(jié)論

尼洋河的研究結(jié)果表明在融雪和降雨對徑流都有著重要貢獻的高海拔地區(qū)，河流流量和同位素信號季節(jié)性變化的解釋具有復(fù)雜性。河流流量與溫度和降水量的相關(guān)性統(tǒng)計分析結(jié)果證實了該河流屬于融水-降雨補給類型。進一步的相關(guān)性統(tǒng)計分析表明，河水d-盈余和δ¹⁸O分別潛在反映了融水和降雨對河流徑流的影響。根據(jù)河流流量和河水同位素的季節(jié)特征，融水是季風(fēng)期前季節(jié)（低水位期）河流徑流變化的關(guān)鍵因素，融水是季風(fēng)前期（低水位期）河流流量和河水同位素變化的關(guān)鍵控制因素，季風(fēng)期的前-中時段（上升期和高水位期）降雨是關(guān)鍵的控制因素，而在季風(fēng)期的中段-季風(fēng)后期（衰退期），關(guān)鍵因素并不確定。利用雙示蹤劑（δ¹⁸O和d）混合模型方法獲得的估算結(jié)果與推斷的各水文期的河水來源關(guān)系具有很好的一致性。

在以上三個水文期，融水分別貢獻了28%、41%和25%的河流徑流，且融雪對融水的貢獻比冰川融水大得多。這些發(fā)現(xiàn)對于提高我們對SETP河流流量和河水同位素信號的季節(jié)動態(tài)的理解有重要意義。我們認(rèn)為該地區(qū)河水長期的同位素記錄（δ¹⁸O和d）可能記錄了流域內(nèi)河水來源關(guān)系的變化，并通過融水和降雨徑流而與溫度和降水密切相關(guān)；有必要進一步研究該地區(qū)各河水來源同位素的時空變化，以更好地量化其對徑流的相對貢獻，同時也可作為同位素輔助水文模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本文編輯：吳闖 wuchuang@cen-sun.com

審核：張發(fā)騰 Zhf&zwj;t@@cen-sun.com

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