青藏高原拉萨河—尼洋河流域三类水体氢氧稳定同位素特征分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.127

现代地质 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (02): 410-419.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.127

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青藏高原拉萨河—尼洋河流域三类水体氢氧稳定同位素特征分析

张浔浔¹^,²^,³(), 文浪¹(), 杨斌¹^,²^,³, 赵阳刚¹^,²^,³, 邢莉圆³^,⁴, 段阳海¹^,²^,³, 蒲春¹^,²

1.中国地质调查局军民融合地质调查中心,四川成都 610036
2.雅鲁藏布江中游自然资源西藏自治区野外科学观测研究站,西藏拉萨 850094
3.自然资源要素耦合过程与效应重点实验室,北京 100055
4.中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心,北京 100055

出版日期:2025-04-10 发布日期:2025-05-08
通信作者: 文浪,男,工程师,1992年出生,主要从事自然资源调查、观测和地质方面的研究工作。Email: wen.lang@foxmail.com。
作者简介:张浔浔,男,工程师,1995年出生,主要从事自然资源调查和地质方面研究工作。Email: zhangxunxun9511@163.com。
基金资助:
自然资源要素耦合过程与效应重点实验室开放课题项目(2023KFKTB006);西藏自治区科技计划项目(XZ202401JD0024);中国地质调查局项目“长江源沱沱河地区生态环境调查评价”(DD20220957);“青藏高寒区资源与环境调查与评价”(DD20220881);南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室基金项目(2023NKMS01)

H-O Isotope Signatures of Three Water Bodies in the Lhasa-Nyang River Basin, Tibetan Plateau: Source Discrimination and Hydrologic Connectivity

ZHANG Xunxun¹^,²^,³(), WEN Lang¹(), YANG Bin¹^,²^,³, ZHAO Yanggang¹^,²^,³, XING Liyuan³^,⁴, DUAN Yanghai¹^,²^,³, PU Chun¹^,²

1. Civil-Military Integration Center of China Geological Survey Center, Chengdu, Sichuan 610036, China
2. Field Scientific Observation and Research Station of Natural Resources in the Middle Reaches of the Brahmaputra River, Tibet Autonomous Region, Lhasa, Tibet 850094, China
3. Key Laboratory of Coupling Process and Effect of Natural Resources Elements, Beijing 100055, China
4. Natural Resources Comprehensive Survey Command Center, China Geological Survey, Beijing 100055, China

Published:2025-04-10 Online:2025-05-08

摘要/Abstract

摘要： 拉萨河—尼洋河流域地处青藏高原重要的河谷农业区,2021年4月至11月期间共采集流域内大气降水、地表水和地下水样品278件,通过室内实验和统计分析等方法分析流域三类水体氢氧稳定同位素的组成与变化特征。结果表明:(1)拉萨河—尼洋河流域受同一个大气环流背景及夏季风水汽来源的影响,尼洋河大气降水同位素变化范围较小,相比拉萨河而言尼洋河更富集重同位素;气温和降雨量与大气降水同位素组成呈显著正相关关系,而相对湿度和海拔呈现一定程度负相关;(2)研究区地表水和地下水δ¹⁸O值随海拔高度的增加而逐渐贫化,存在明显海拔效应,海拔递减率分别为0.27‰/hm和0.29‰/hm;(3)拉萨河—尼洋河流域地表水和地下水主要受大气降水补给,且二者同位素含量分布比较集中,属于交叉分布,存在相互补给的现象。拉萨河—尼洋河流域水体稳定同位素的测定,为阐明流域水文过程提供基础的同位素证据,对变化环境下青藏高原雅鲁藏布江的水资源利用和维护流域生态安全具有重要意义。

关键词: 拉萨河—尼洋河流域, 氢氧稳定同位素, 海拔效应

Abstract:

To investigate isotopic variability and hydrological processes in the Lhasa-Nyang River Basin, 278 water samples (including precipitation, surface water, and groundwater) were collected between April and November 2021.Stable isotopes of hydrogen (δ²H) and oxygen (δ¹⁸O) were analyzed using laboratory experiments and statistical methods.Key findings include: (1) Precipitation isotopes in the basin reflect a shared atmospheric circulation background dominated by summer monsoon moisture.The Nyang River sub-basin exhibits narrower isotopic variability and greater enrichment in heavy isotopes compared to the Lhasa River sub-basin.Temperature and precipitation amount exert significant positive correlations (P<0.05) with precipitation δ¹⁸O, whereas relative humidity and elevation show negative correlations.(2) Surface water and groundwater δ¹⁸O values exhibit progressive depletion with increasing elevation, demonstrating distinct altitudinal gradients of -0.27‰ per 100 m (‰/hm) and -0.29‰/hm, respectively.(3) Both surface water and groundwater are predominantly recharged by atmospheric precipitation, as evidenced by overlapping isotopic ranges and bidirectional isotopic exchanges indicative of hydraulic connectivity.This study provides critical baseline isotopic data for clarifying basin-scale hydrological cycling, including moisture sources, recharge mechanisms, and surface-groundwater interactions.The findings advance understanding of water resource sustainability and ecohydrological resilience in the Yarlung Zangbo River system, with implications for managing freshwater availability and mitigating climate-driven hydrological risks on the Tibetan Plateau.

Key words: Lhasa River and Nyang River Basin, hydrogen and oxygen stable isotope, altitude effect

中图分类号:

P426.6
P641

张浔浔, 文浪, 杨斌, 赵阳刚, 邢莉圆, 段阳海, 蒲春. 青藏高原拉萨河—尼洋河流域三类水体氢氧稳定同位素特征分析[J]. 现代地质, 2025, 39(02): 410-419.

ZHANG Xunxun, WEN Lang, YANG Bin, ZHAO Yanggang, XING Liyuan, DUAN Yanghai, PU Chun. H-O Isotope Signatures of Three Water Bodies in the Lhasa-Nyang River Basin, Tibetan Plateau: Source Discrimination and Hydrologic Connectivity[J]. Geoscience, 2025, 39(02): 410-419.

图/表 8

图1 研究区地理位置及采样点分布图

Fig.1 Geographic location of the study area and distribution of sampling sites

图2 大气降水δD和δ18O相关关系及大气降水季风初、中、末期大气降水同位素变化 (a)大气降水δD和δ18O相关关系;(b)季风初、中、末期大气降水同位素变化

Fig.2 Correlation of atmospheric precipitation δD and δ18O, and isotopic variation of precipitation in the study area during the monsoon period

图3 地表水δD和δ18O相关关系及地表水季风初、中、末期地表水同位素变化 (a)地表水δD和δ18O相关关系;(b)季风初、中、末期大气降水同位素变化

Fig.3 Correlation of surface water δD and δ18O, and isotopic variation of precipitation in the study area during the monsoon period

图4 拉萨河和尼洋河流域地表水δ18O(‰)空间分布特征

Fig.4 Spatial distribution δ18O (‰) of surface water in Lhasa River and Nyang River Basin

图5 地下水δD和δ18O相关关系及不同流域地下水同位素含量对比 (a)地下水δD和δ18O相关关系;(b)不同流域地下水同位素含量对比

Fig.5 Correlation of groundwater δD and δ18O, and comparison of isotopic content of groundwater in different basins

表1 研究区大气降水同位素影响因素皮尔逊相关分析

Table 1 Pearson correlation analysis of atmospheric precipitation isotope influencing factors

影响因素	拉萨河			尼洋河
影响因素	皮尔逊相关系数(r)	显著性 (P)	样品数 (n)	皮尔逊相关系数(r)	显著性 (P)	样品数 (n)
气温	0.331	0.018^*	51	0.090	0.552	45
降水量	0.294	0.037^*	51	0.051	0.738	45
相对湿度	-0.403	0.003^*	51	-0.229	0.130	45

图6 研究区大气降水、地表水和地下水δ18O与海拔的关系图 (a)大气降水;(b)地表水;(c)地下水

Fig.6 Relationships between atmospheric precipitation, surface water, and groundwater δ18O and altitude

图7 拉萨河和尼洋河流域降水、地表水和地下水同位素相关性拟合 (a)拉萨河;(b)尼洋河

Fig.7 Isotopic correlation fitting of precipitation, surface water, and groundwater in the Lhasa River and Nyang River Basin

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