应用案例

Picarro L2130-i（温度和降水控制着藏东南尼洋河流量和水同位素信号的季节模式）

发表时间：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. 本文发表于Journal of Hydrology，2023: 129064

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

简介

在近几十年来印度季风降雨量下降和冰雪加速消融影响的背景下，青藏高原东南部（SETP）河流水文对气候变化尤其敏感。认识融水和降雨对该地区河流径流季节性和流量的影响对于提高区域水文监测和水资源管理至关重要，而水稳定同位素分析可以提供一种有效方法。根据2011年SETP尼洋河工布江达水文站监测到的基于事件的降水和河水同位素、河流流量和气象数据，我们发现受融水和降雨共同控制，河流流量同时强烈依赖于温度和降雨量变化，而河水d-盈余和δ¹⁸O可以分别追踪融水和降雨的影响。河流流量和河水同位素季节性信号提供的证据表明，融水是季风前期（低水位期）河流流量和河水同位素变化的关键控制因素，季风期的前-中段（上升期和高水位期）降雨是关键控制因素，而在季风期中段-季风后期（衰退期）关键控制因素并不明显。这些推断的季节性河水来源的关系与使用δ¹⁸O-d混合模型方法得到的各河水来源对径流的贡献具有很好的一致性。在以上三个水文期，融水分别贡献了28%、41%和25%的径流量，且融雪是融水的主要贡献者。这项研究分析了基于事件的SETP代表性河流流量和河水同位素对温度和降水的响应以及融水和降雨对径流季节性的影响，该地区河水长期的同位素记录或许记录着流域内径流来源（尤其是融雪与季风降雨）相互关系的变化。

研究方法

在工布江达水文站于2011年收集了基于事件的降水和河水样品。当降水停止后，立即收集降水样品。记录每次降水事件期间的降水量（P）和平均气温（T_air）。每次降水后，在河岸附近水面以下10-20 cm处采集河水。在同位素分析之前将样品进行冷藏保存。使用L2130-i Picarro（美国）光腔衰荡光谱仪（CRDS）进行水样δ¹⁸O和δ²H的测量，δ¹⁸O和δ²H的分析精度分别为±0.1&permil;和±0.5&permil;。

研究结果

监测点研究期内降水量（P）、流量（Q）、气温（T_air）和基于事件的降水、河水δ¹⁸O和d-盈余的时间变化（Q1、Q2、Q3代表连续的三个水文期）。

采样点研究期内降水和河水δ¹⁸O-δ²H关系图。

在整个研究期（a）和三个单独的水文期（b）监测点累积河流流量与累积降水量的关系。

监测点三个水文期内河流流量分别与河水δ¹⁸O（a）和d-盈余（b）的关系。

监测点三个水文期内气温与河流流量、河水δ¹⁸O和d-盈余的相关关系。

监测点三个水文期内河水δ¹⁸O与降水δ¹⁸O的相关关系。

结论

尼洋河的研究结果表明在融雪和降雨对径流都有着重要贡献的高海拔地区，河流流量和同位素信号季节性变化的解释具有复杂性。河流流量与温度和降水量的相关性统计分析结果证实了该河流属于融水-降雨补给类型。进一步的相关性统计分析表明，河水d-盈余和δ¹⁸O分别潜在反映了融水和降雨对河流径流的影响。根据河流流量和河水同位素的季节特征，融水是季风期前季节（低水位期）河流径流变化的关键因素，融水是季风前期（低水位期）河流流量和河水同位素变化的关键控制因素，季风期的前-中时段（上升期和高水位期）降雨是关键的控制因素，而在季风期的中段-季风后期（衰退期），关键因素并不确定。利用双示踪剂（δ¹⁸O和d）混合模型方法获得的估算结果与推断的各水文期的河水来源关系具有很好的一致性。

在以上三个水文期，融水分别贡献了28%、41%和25%的河流径流，且融雪对融水的贡献比冰川融水大得多。这些发现对于提高我们对SETP河流流量和河水同位素信号的季节动态的理解有重要意义。我们认为该地区河水长期的同位素记录（δ¹⁸O和d）可能记录了流域内河水来源关系的变化，并通过融水和降雨径流而与温度和降水密切相关；有必要进一步研究该地区各河水来源同位素的时空变化，以更好地量化其对径流的相对贡献，同时也可作为同位素辅助水文模型的数据基础。

本文编辑：吴闯 wuchuang@cen-sun.com

审核：张发腾 Zhf&zwj;t@@cen-sun.com

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前一个：Picarro L2140-i（冰与水的氢氧同位素的分馏平衡）
后一个：Picarro L2120-i/L2140-i（德国河流稳定同位素观测网络状况）