应用案例

Picarro L2120-i/L2140-i（德国河流稳定同位素观测网络状况）

发表时间：2024-04-17

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引言

河水稳定同位素(²H, ¹⁸O)组成主要由降水、冰雪融化和径流成分(如地表流量、地下流量和地下水)的输入组成决定。根据当地和区域因素，来自湖泊或地表水结构(水坝、灌溉、渠道等)的影响可能会通过蒸发等方式改变稳定的同位素模式。补给高度、补给时间(季节)、支流的输运特征以及输运过程中的影响过程(如蒸发损失和混合)都对较大盆地出口的稳定同位素模式产生影响。在低流量条件下，河水含有较大比例的地下水，并可能反映相对缓慢流动的水的同位素信号。除水文和水化学信息外，在河流站或流域出口收集的同位素信号还集成了水文过程和上游条件的现场特征信息，提供了河流水演变的重要信息，是水管理决策所必需的。

自20世纪60年代初以来，IAEA/WMO全球降水同位素网络(GNIP)已经在全球范围内提供了降水同位素数据集。国际原子能机构于21世纪初启动了全球河流同位素网络(GNIR)。奥地利、美国和瑞士等国家建立了国家网络，并报告了同位素数据。

在德国，河流中氚的监测始于20世纪70年代初，由联邦水文研究所(BfG)进行的连续河水监测最初是为了监测河水、悬浮物质和沉积物中的环境放射性，但今天这些监测站也监测稳定同位素。目前，这个监测网络由50个监测站组成，截至2021年底的稳定同位素时间序列至少为4年，有些站长达30年。近期德国的许多其他收集和分析稳定同位素数据的研究机构发起了一项倡议，旨在将所有不同的同位素实验室连接到德国同位素网络(GIN)，以便能够连续监测降水、河流和地下水中的氚和稳定同位素。

德国主要河流流域和GIN河站概况

德国最大的河流是莱茵河、多瑙河、易北河、奥德拉河、威泽河和埃姆斯河。莱茵河、易北河、威泽河和埃姆斯河流入北海，奥德拉河流入波罗的海，多瑙河流入黑海。所有河流的流量状况、集水区大小、集水区高度和河流长度各不相同。除降水输入外，所有这些参数都间接影响在河水中观测到的稳定同位素模式。

降水监测站的位置(圆圈，颜色代码表示负责机构)，在德国同位素网络(GIN)和Koblenz-Andernach气象站和波茨坦气象站内，对河水(蓝色三角形)连续采样和分析同位素(²H, ³H, ¹⁸O)。

不得不提的是，许多运河连接着德国北部和南部的河流流域。尽管运河与河水直接交换，但根据经验，运河对河流同位素模式的影响是次要的，因为运河由水门隔开，通常也由混凝土与地下水隔开。沿海站Wilhelmshaven, Helgoland, Töouml;nning, Travermüuml;nde(所有北海海岸)和Holtenau(波罗的海)也在GIN内进行监测。所有这些台站，包括Weser盆地出口处的Blexen台站和易北河出口处的Wedel台站都受到海水的影响，尤其是北海台站受到海岸潮汐的影响。

德国同位素网络(GIN)部分河流水采样站的流域、采样地点、WMO代码和坐标，以及近似值流域面积(A)、平均流域高度(E)、河流长度(L)、平均流量(MQ)和采样周期(T)、分析的样品数量(N)，河流水线(RWL)稳定同位素均值，具有标准差和回归参数。

测试方法

使用自动采样器(SP III-XY-36)收集混合每日子样品，每个子样品30分钟/50毫升装在一个瓶子中。每日样本随后在BfG的实验室累积成每月样本，并运送到不同的实验室进行稳定同位素测量。自2012年以来，在联邦地球科学和自然资源研究所BGR,使用 Picarro L2120-i或L2140-i高精度水同位素分析仪测试样品。

长期δ²H月平均值(上方a图集)和计算出的D盈余值(下方b图集)

相关结论

在2018年10月至2019年1月底的异常旱季期间，从莱茵河的6个选定站和易北河流域的5个站收集每日河水样本。河水中最主要的稳定同位素效应是季节效应和海拔效应，但也可见大陆效应。同位素显示了莱茵河和多瑙河夏季冰雪融化的影响，以及这些信号因与支流河流混合而不断稀释。在靠近德国北部海岸的地方，稳定的同位素模式反映了海水和潮汐的影响。

(a) δ²H vs. δ¹⁸O的长期平均值和变异性(以标准偏差给出); (b) δ¹⁸O值与流域平均高程的关系; (c) D-盈余与德国大河δ¹⁸O值的关系。

由于全球倡议计划主要依靠国家网络的支持，作者认为由国家或区域资助和建立的网络可以通过提供长期稳定的同位素数据来增强我们对环境的了解。敦促通过比较分析性能和共同收集和提供这些重要的测量数据，积极地将所有感兴趣的同位素实验室连接到网络中。这将提高分析性能并在网络内共享样本数据信息，但最重要的是确保在最具代表性的空间分辨率上进行连续观测。

论文连接

https://doi.org/10.1080/10256016.2022.2127702

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陈晓峰应用与售后经理 chenxf@cen-sun.com

高春辉高级应用工程师 gaoch@cen-sun.com