黑河上游山区融雪径流过程的同位素和水文化学示踪研究

源于高寒山区的融雪径流是内陆干旱区水资源的重要组成部分，如何精细刻画融雪径流的形成过程与机制是当前寒区水文学研究的前沿和难点。本研究拟在黑河上游马粪沟小流域选取3个代表性集水区，基于小空间尺度上河水、融雪水、降雨、土壤水和地下水中稳定同位素与水文化学组分的精细观测，利用动态端元混合模型定量分割融雪径流的时间来源和空间来源，确定融雪水、土壤水和地下水对河道径流的相对贡献及其时间变化；识别融雪水在集水区内的流动路径，刻画融雪水与土壤水、地下水的相互作用和转化过程；通过不同集水区的对比，分析冻土分布、活性层厚度、解冻过程和有机物覆盖层对融雪径流过程的影响，揭示复杂水文下垫面条件下融雪径流的形成过程及机制。在此基础上，尝试建立内陆高寒山区融雪径流产、汇流过程的概念模型，为发展基于物理过程的分布式融雪径流模型提供理论支撑，为融雪水资源的开发和管理提供依据，具有重要的科学意义和应用价值。

以黑河上游葫芦沟小流域为研究区，基于稳定同位素和水文化学数据，以不同子流域各种水体为研究对象，定量识别了不同季节河道径流的水分来源、汇流路径及其动态变化，揭示了水文下垫面的差异对径流过程的影响机制。.葫芦沟属典型的由“山区+山前冲洪积平原”组成的子流域。3月份时河水以基流为主要补给来源（85%），季节性积雪融水对径流有一定的贡献（15%）；5月份河水主要来源仍为基流（93%），冰雪融水和降雨贡献极小；7~8月份河水主要接受基流（61%）补给，冰雪融水的贡献（21%）次之，降雨最小（18%），降雨对地下水具有一定的“驱替”作用，导致基流贡献量在降雨后波动性增加。葫芦沟河流跨越了4个景观带，同位素和水化学示踪剂指示的不同景观带的产汇流过程和转化关系为：在寒漠带，冰雪融水先入渗转化为地下水，再以泉水形式出露，形成河流的源头，其DIC、Sr、Si等反应示踪剂稍增高，DOC降低；在寒甸带，因多年冻土的存在，河水主要接受降水形成的坡面流或浅层地下径流补给，DIC、Sr、电导率降低，而DOC增高；径流出山时，大部分在山脚以河水入渗或侧向补给的形式转化为孔隙地下水；地下水进入山前冲洪积平原后，受基岩阻隔，水位抬升，以基流形式补给河水，导致河水DIC、Sr、电导率再次增高，DOC降低。.红泥沟属典型草原带，无山前平原，由隔水基岩+残坡积物+有机层构成。3~4月底，冻土融水为河水主要补给来源；5~6月底，河水由降雨与冻土融水混合补给；7~9月中，河水以降雨补给为主；9月底至10月初，河水以基流补给为主；10月中至12月底，土壤冻结过程中的残余液态水为河水主要来源；12月至次年3月，液态水完全冻结，河道断流，以固态水形式存储。夏季典型降雨–径流事件中，本次降雨对径流的贡献较小（20%~40%），且仅约10%~18%以地面径流形式进入河道；储留的前期降雨对径流贡献较大（60%~80%），且经历过地下过程，以地下径流或回归流形式进入河道。径流形成机制为：降雨在非饱和区下渗补给地下水，导致潜水面上升，饱和区面积增大，或地下水与河水间水力梯度增大，即“新水驱赶老水进入河道”。