基于碘（127，129）同位素流域水文过程机理研究与模拟

Environmental isotope technology represents a vital tool to solve problem of base flow separation in a drainage area. In practice, recognition accuracy and stability of the selected isotope exerts a great influence on the results of the base flow separation model of a watershed. In view of the traditional hydrological isotopes exhibited as low sensitivity and stability in the practical application, this project is going to take an advantage of the high sensitivity of iodine isotopes to complement and expand the potential of traditional isotope applications. To verify the new methodology a suit of samples including rainfall - runoff , soil water, groundwater and river water will be used for the analysis of iodine (127I, 129I), hydrogen (δD)，oxygen (δ18O) isotopes and SiO2 in the study area of Meilin watershed. The isotope data will in turn be used to build base a flow separation model, aiming to compare uncertainty of the simulation results with respect to different isotopes input. Furthermore, the project will establish a hydrological model focusing on hydrological processes and isotope distribution at the same time. Such an approach provides profound understanding of the complex water flow and solute process in a watershed, and open a new frontier for comparison with the traditional conceptual hydrological model which only focuses on the rainfall-runoff process simulation. The research results will be innovative in the field of hydrology, environmental geochemistry applications and will provide a bench mark for the development of multi-disciplinary integration of information.

环境同位素技术是解决水文学中流域径流分割问题的重要手段。在实践中，所选同位素对流域水源识别的准确性及自身的稳定性对径流分割模型的结果影响很大。针对传统水文同位素在实际应用中表现出低敏感性、不稳定性等问题，本研究拟利用高敏感性碘同位素来替代传统同位素，并以梅林流域为研究对象，通过天然降雨-径流采样，对雨水、土壤水、地下水和河水中127I、129I、δD、δ18O 同位素及SiO2进行分析。并以碘、氢、氧同位素及SiO2构建径流分割模型，比较不同同位素输入方法差异导致模拟结果的不确定性。此外，本项目拟建立同时考虑水文过程和同位素模拟的流域水文模型，可以对流域水流和溶质复杂过程进行描述，回避传统概念性水文模型只侧重于降雨径流过程的模拟。研究成果将在水文学、环境地球化学应用等领域取得创新，为多学科交叉发展提供借鉴。

为了对水资源进行合理的、可持续的开发利用，深入研究流域的水文过程成为一重要课题。传统的流域水文模型对地表地下径流水循环机制特别是土壤中水分运移过程模拟的研究较为概化。本研究引入了稳定氢氧同位素（δD, δ18O），提供有关水体本身及其渗入土壤的信息，模拟水分在土壤内部的运移过程，创造性的把流域下垫面划分为饱和区和非饱和区，简化模型结构和参数数量。但是考虑到传统氢氧同位素在流域水文应用中存在的问题，本研究设计了小型径流场实验，进行含有高丰度（10‰）人工同位素（氢δD，氧δ18O，总碘127I）的人工降水实验，利用127I同位素分析δD, δ18O同位素在蒸散发过程中的分馏等误差。此模型研究深入流域内部，定量化揭示流域内微观水循环机理，反映地表和地下径流的运移和转化过程。项目开展过程中，通过野外取样、室内试验以及图像分析等，研究了黄河源区、长江口、南海三个地区的碘同位素分布特征，以及新安江上游小流域和黄河源区内的氢氧同位素分布特征。同时，分别结合案例分析了氢氧与碘同位素在流域滞时分布和水源划分中的应用。研究表明，多种同位素的结合应用，可以帮助深入理解水循环中复杂的水文过程。该研究可为土壤中水体的污染物溶质运移研究提供新的思路，并为突发性暴雨事件的短期径流预报提供支持，为水资源合理开发提供科学依据。本项目将在水文及地球化学交叉领域取得创新，为水资源开发利用提供科学依据。