羊卓雍错流域水体氢氧稳定同位素时空变化特征研究

摘要

青藏高原是我国湖泊分布最为密集的地区之一，也是世界海拔最高、数量最多、面积最大的高原湖泊区，是中国乃至东亚地区许多大河的发源地。高原上的湖泊地处偏远，湖泊的萎缩或扩张能够真实地反映区域气候与环境的变化状况，是全球气候变化的敏感指示器。由于高原广阔复杂的地表状况和极端的气候环境，高原上的气象站水文站仍然比较稀少，利用传统的水文方法很难长时间地获取有效的水文数据对高原地区流域水文过程进行研究，然而利用稳定同位素方法可以有效的解决这个问题。随着对稳定同位素分馏机制认识的深入以及同位素分析技术的发展，同位素已经广泛应用于水文循环研究，氢氧同位素也被作为最理想的天然示踪剂广泛应用于区域水文循环过程研究。
　　受日益加重的气候变化和人类活动的共同影响，青藏高原的湖泊正在不断发生变化，湖泊变化直接影响了水循环和水资源。近些年来，由于气候变化导致的降水变化与冰川融水的变化，青藏高原大部分内陆湖泊都在上升。伴随着青藏高原湖泊水位的持续上升，位于拉萨附近的羊卓雍错湖湖面水位近些年大幅度下降，湖泊面积显著减小（拉巴等，2011）。大面积湖床裸露出水面，形成湖岸滩地，旧的湖岸滩地变成草地。
　　为了研究羊卓雍错湖水的独特变化特征，我们开展了羊卓雍湖常规水文研究，通过对羊卓雍错湖湖水蒸发与水位变化关系，羊卓雍错湖水氢氧同位素空间变化特征以及流域其它水体的氢氧同位素变化特征这三方面的研究，来揭示羊卓雍错湖水的现代水文循环过程。主要的研究结果体现在以下几个方面:
　　(1)估算了羊卓雍错湖面的蒸发量，其结果与实际观测值吻合。通过彭曼公式估算出1991～2010年间的羊卓雍错多年的平均水面蒸发量为1980mm，最高值为2067mm，最低值为1791mm。与浪卡子水文站、白地水文站两站的蒸发皿实际观测值极为接近。
　　(2)分析了羊卓雍湖过去36年来的水位变化，发现除了气候条件之外，还有其它原因导致了近几年水位的快速下降。1974～2010年间，羊卓雍错湖水水位经历下降-上升-下降-上升-下降的过程;利用浪卡子气象数据对羊卓雍湖水位的变化进行分析，说明羊卓雍错湖水水位下降不仅受到降水、蒸发等气候因素的影响，很有可能是人类活动加剧湖泊水位的快速下降。
　　(3)建立了羊卓雍错湖水氢氧同位素关系曲线，并依据观测数据对湖水同位素蒸发过程中的氢氧同位素关系进行模拟。羊卓雍错湖水稳定同位素δ18O的变化范围为-6.1‰～-2.3‰，平均值为-4.3‰。由于湖面强烈的蒸发分馏作用，湖水的δ18O值明显高于降水中δ18O值;建立羊卓雍错表层湖水氢氧同位素关系式:δD=4.18×δ18O-45.53;根据当地气象数据、降水与河水同位素值可以模拟出羊卓雍错湖水蒸发过程中氢氧稳定同位素变化的蒸发曲线:δD=3.67×δ18O-50.1。
　　(4)建立了羊卓雍错湖水中δ18O和过量氘的空间变化图，并依此解释了湖泊内部的水文循环过程。羊卓雍错表层湖水的δ18O和过量氘存在空间变异，δ18O的变化范围为-5.4‰～3.8‰，而过量氘的变化范围为-32.0‰～-25.1‰。羊卓雍错湖水过量氘和δ18O空间变化一致。这种空间差异反映湖水在蒸发过程中存在从河流入湖口到湖泊中部的缓慢流动，并最终完全在湖中心蒸发;羊卓雍错湖水在垂直方向上充分混合，同位素值变化很小。
　　(5)建立了普莫雍错湖水氢氧稳定同位素关系式。普莫雍错湖水氢氧同位素关系式为:δD=4.2δ18O-47.03(R2=0.94，n=89，p＜0.0001);普莫雍错湖水稳定同位素δ18O的变化范围为-8‰～-5‰，过量氘的变化范围为-28‰～-18‰。因普莫雍错的海拔位置较高、温度较低、蒸发较弱，并且普莫雍错是以冰川融水补给为主，导致δ18O的变化范围要低于羊卓雍错湖水δ18O的变化范围-5.4‰～-3.8‰，过量氘的变化范围要高于羊卓雍错湖水的变化范围-32‰～-25‰。
　　(6)建立羊卓雍错流域流域的大气降水线。其方程分别为:
　　白地:δD=8.03δ18O+2.15(R2=0.99,n=177,p＜0.0001)
　　翁果:δD=8.04δ18O+6.72(R2=0.99,n=134,p＜0.0001)
　　堆:δD=8.11δ18O+10.3(R2=0.99, n=167, p＜0.0001)
　　(7)建立了卡鲁雄曲河水氢氧同位素关系式:δD=6.6δ18O-17.3，R2=0.96。其河水同位素变化特征为:卡鲁雄曲河水中δ18O、δD的变化很小，河水δ18O的变化较降水δ18O稳定。观测期间δ18O的变化范围为-20‰～-13‰，δ18O的平均值为-17.7‰，低于当地降水中的δ18O的平均值-16.5‰，这是因为卡鲁雄曲河水是由周围山上的冰川融水补给的:河水氢氧稳定同位素的季节变化比较明显，最高值一般出现在6-7月份。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 稳定同位素的基本原理与同位素分馏效应

1．2．1 稳定同位素的基本原理

1．2．2 同位素分馏效应

1．3 研究现状

1．3．1 降水稳定同位素

1．3．2 地表水同位素

1．3．3 羊卓雍错流域的研究现状

1．4 研究方案

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目标

1．4．3 可行性分析

1．4．4 技术路线

第2章 研究区域概况

2．1 地理位置

2．2 水文概况

2．3 自然环境与社会经济状况

第3章 水样采集与分析

3．1 水样采集

3．1．1 湖水样采集

3．1．2 降水样的采集

3．1．3 河水样采集

3．2 稳定同位素分析

第4章 羊卓雍错蒸发估算与水量平衡

4．1 蒸发理论和模型介绍

4．2 湖面蒸发的影响因素及其湖区各要素的动态变动

4．2．1 气温

4．2．2 相对湿度

4．2．3 风速

4．2．4 水汽压

4．2．5 日照时数

4．3 湖面蒸发估算结果与湖泊水位变化

4．3．1 湖面蒸发估算结果

4．3．2 湖面蒸发计算值与观测值对比

4．3．3 羊卓雍错的水位变化和面积变化

4．3．4 湖水水位变化与流域气候变化

本章小结

第5章 羊卓雍错流域的湖水稳定同位素水文循环

5．1 羊卓雍错湖水稳定同位素特征

5．1．1 湖水稳定同位素特征

5．1．2 羊卓雍错湖水氢氧同位素关系

5．1．3 羊卓雍错深水剖面过量氘的变化

5．1．4 羊卓雍错表层水样δ18O和过量氘的空间变化

5．2 普莫雍错湖水同位素变化特征

本章小结

第6章 羊卓雍错湖流域降水和河水氢氧同位素关系研究

6．1 羊卓雍错流域降水氢氧同位素关系

6．2 羊卓雍错流域河水稳定同位素研究

6．2．1 卡鲁雄曲河水氢氧同位素关系

6．2．2 鲁雄曲河水氢氧同位素变化特征

本章小结

第7章 结论及展望

7．1 主要结论

7．1．1 湖泊的蒸发与湖水水位变化

7．1．2 羊卓雍错湖水的氢氧同位素空间变化特征

7．1．3 羊卓雍错补给水源降水和河水氢氧同位素变化特征

7．2 问题与展望

参考文献

致谢