连续曲流驱动下潜流带水文交换与氮转化的耦合机制及其生态意义

本文深入探讨了连续河曲地貌对潜流带（HZ）水文交换及氮（N）循环的关键调控作用，揭示了不同水文年份（丰水年与平水年）及降雨事件下潜流带硝酸盐（NO3–）去除效率的动态响应机制，为河流生态修复与氮污染治理提供了重要的水文学与生物地球化学耦合视角。

　　

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Study area

锡林河是一条典型的半干旱草原内陆河，总长268 km，平均坡度1.25%（图1a）。该河流以高度弯曲的河道形态为特征，多年平均流量为0.637 m³/s。地下水流向受复杂地形条件影响，但总体与锡林河流向一致。锡林河流域（10,542 km²）位于内蒙古高原东南部……

Water level dynamics

丰水年2021年监测期间的平均河水与地下水位均比平水年2022年高约30 cm（图2）。河水波动幅度（0.54 ± 0.12 m）略高于河床地下水（0.50 ± 0.12 m）与河岸地下水（0.49 ± 0.12 m）。2022年两岸地下水水位差（0.38 m）大于2021年（0.22 m）。河水与地下水位的波动显著影响了垂向潜流交换的强度与方向……

Effects of hydrological events on hyporheic exchange

暴雨事件引起的水位波动对潜流交换的方向和强度具有显著影响。在大强度暴雨事件期间（2021年7月25日、8月14日及2022年8月14日），河水位的快速上升导致水力梯度短暂逆转，由上升流转为下降流，尤其在浅层河床沉积物（河床表面以下<50 cm）中更为明显……

Conclusions

本研究揭示了连续河曲驱动下潜流交换与氮转化的时空动态变化机制。结果表明，河曲形态特征与降雨事件共同调控了河床及河岸沉积物中的潜流交换与氮分布格局。不同强度的降雨事件引发了潜流路径方向与交换强度的差异化响应……