中国天山典型流域径流组分特征及水汽来源研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈海燕 |
| 答辩日期 | 2019-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 陈亚宁 |
| 关键词 | 中国天山 氢氧稳定同位素 降水水汽来源 蒸发分馏 径流组分 Tianshan Mountains in China Stable Hydrogen and Oxygen Isotopes Water Vapor Source of Precipitation Evaporation Fractionation Stream Flow Components |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Runoff composition separation and water vapor source identification in typical catchments in Tianshan, China |
| 英文摘要 | 作为水分子的一部分，氢氧稳定同位素是研究水循环的稳定而客观的示踪剂。天山山脉作为西北干旱区中的“湿岛”，是新疆重要的水资源形成区与存储区。研究天山地区的水循环特征对于应对气候变化带来的不利影响、预测区域未来水资源变化趋势具有重要的指导意义。然而，数据不足是天山地区水循环研究的主要限制因素。 本文以中国天山北坡的乌鲁木齐河、玛纳斯河和南坡的开都河、黄水沟以及阿克苏河等典型流域为研究靶区，采用同位素水文学方法，研究了水资源构成，解析了径流组分，分析了气候变化背景下的中国天山地区水汽来源、蒸发分馏对降水、地表水和地下水的影响。本文的主要结论如下：（1） 天山降水 δ18O 与 δ2H 冬季低，夏季高； d-excess 夏季变化幅度小，冬季变化幅度大。 δ18O 与气温、水汽压呈显著的正相关关系，与相对湿度呈显著的负相关关系。由于云下二次蒸发的影响，红沟与肯斯瓦特站的 LMWL 的斜率与截距都小于 GMWL。天山南北坡河水同位素组成没有显著的差异。河水同位素组成的季节变化远小于降水。 不同流域、不同季节，河水同位素组成随环境因子的变化而不同。南坡河水蒸发线的斜率和截距均高于北坡。地下水同位素组成与流域平原区河水同位素组成相近，表明河水与地下水的交互作用频繁。开都河与阿克苏河地下水同位素组成都没有显著的季节变化。受蒸发分馏的影响，平原区地下水的斜率和截距都显著低于 LMWL 与 GMWL。（2） 不同径流组分对径流的贡献具有显著的时空差异性。 由于天山降水主要集中于夏季， 降雨对典型融冰期（9% - 23%） 的贡献率高于典型融雪期（5% -9%）。基流对六个典型流域的平均贡献率为 56%，是天山地区径流的最主要补给来源（30% - 75%）。基流对天山北坡（57%） 的贡献低于天山南坡（63%）；在典型融冰期，基流对天山北坡（52%） 的贡献高于天山南坡（44%）。季节性积雪融水或冰川融水对径流的贡献具有显著的空间变异性。在典型融雪期，季节性积雪融水对径流的贡献率的变化范围为 22% - 49%。在典型融冰期，冰川融水对径流贡献率的变化范围为 12% - 59%。积雪融水对天山北坡（36%） 的贡献高于天山南坡（31%）；冰川融水对天山南坡（42%） 的贡献高于天山北坡（36%）。由于南坡降水较少，南坡比北坡更加依赖于冰川融水的补给。 季节性积雪融水或冰川融水对径流的贡献与流域最大积雪面积比或流域冰川面积比呈正相关关系。（3） 森林带与草原带的外来水汽主要来源于亚欧大陆再循环水汽和黑海-里海蒸发水汽。 再循环水汽对森林带与草原带的贡献具有显著的季节变化特征，除春季外，蒸发水汽对森林带的贡献低于草原带。 植物蒸腾主要发生于夏季，蒸腾水汽对森林带降水的贡献（5.35%） 高于对草原带降水的贡献（3.79%）。 下垫面特征与气温是影响再循环水汽比的主要因子。降水水汽来源对天山北坡森林带与草原带的降水同位素组成没有显著的影响。（4）天山降水 d-excess 变化量 d 与蒸发剩余比之间存在-1.09‰/%的线性关系。 降水量越大、相对湿度越高、 气温越低、 雨滴半径越大，雨滴蒸发剩余比越高，d-excess 变化量越小，二者之间的线性关系越显著，斜率越低，斜率小于-1‰/%。反之，降水量越小、相对湿度越低、 气温越高、 雨滴半径越小，雨滴蒸发剩余比越低，d-excess 变化量越大，二者的线性关系越弱，斜率越高，斜率往往高于-1‰/%。乌鲁木齐河与开都河上游山区河水的蒸发剩余比没有显著的季节变化（82% -86%），其他流域河水都是夏季蒸发剩余比显著高于春秋季。尽管天山南坡的气温高于北坡，但南北坡河水蒸发剩余比没有显著的差异，北坡河水的平均蒸发剩余比为 84%，南坡为 83%。天山南北坡河水及河水蒸发水汽的 δ18O 与 δ2H 没有显著的区域差异，季节变化特征也相似，表明南北坡水循环过程相似。 夏秋季，开都河与阿克苏河地下水的蒸发剩余比相近，开都河地下水春季蒸发剩余比高于阿克苏河。 蒸发前后，地下水的 δ18O 与 δ2H 都没有显著的区域差异，表明天山南坡的地下水具有相似的水循环过程。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15380]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈海燕. 中国天山典型流域径流组分特征及水汽来源研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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