稳定同位素追踪青海湖的水源及其补给来源——以青藏高原东北部为例

《Hydrology》：Stable Isotope Tracing of Water Sources and Recharge Contributions to Qinghai Lake, Northeastern Qinghai–Tibet Plateau

　　

摘要

为阐明青海湖流域内不同水体之间的补给关系和水文过程，于2024年4月至11月期间收集了降水、河流水、地下水和湖水样本。通过测定氢和氧的稳定同位素组成（δ²H 和 δ¹⁸O）来分析其时空变化，并应用MixSIAR模型定量评估不同水体之间的补给贡献。研究结果显示，各种水体之间的稳定同位素组成存在显著差异。总体而言，湖水的同位素富集程度最高，而地下水的同位素贫乏程度最明显且稳定性最强；降水的同位素变化最为显著。河水的同位素表现出明显的季节性变化，显示出水源主要来自雨季降水和冻结土壤的融水。地下水的季节性变化相对较弱，且具有明显的均质化效应。相比之下，湖水的同位素组成同时受蒸发分馏和多种补给来源的影响，春季时同位素富集程度最高，而在雨季和旱季则逐渐贫乏。从空间上看，河流之间的同位素差异明显：盆地西部地下水较为富集，东部较为贫乏；湖泊则呈现出相反的模式，东部富集而西部贫乏。青海湖流域的“本地降水线”（LMWL）被定义为 δ²H = 8.07δ¹⁸O + 37.48（R² = 0.96）。该线形的斜率和截距均高于“全球降水线”（GMWL），表明当地循环的蒸发水分对区域降水形成起着重要作用。河流水线的特征与地下水线相似，说明河流水和地下水之间存在较强的水力连通性；而湖泊水线的偏差较大，表明湖泊水发生了显著的蒸发分馏作用。MixSIAR模型的结果表明，河水、地下水和降水对湖水的补给占比分别为37.5%、33.9%和28.6%。这些发现揭示了青海湖流域内多种水体之间的复杂水文联系和转化过程，为青藏高原内陆流域的水资源管理和生态环境保护提供了科学依据。