[发明专利]一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法

权利要求书

1.一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在t₁到t_n时段内按一定的时间频率采集湖水样品，在各个t_i时刻测定湖水氢氧同位素丰度δ_Li及湖泊表面的气温T_i、相对湿度；收集湖泊所处地区的逐日降水量与蒸发量资料；i=1...，n；n为大于1的正整数；

构建研究区域的大气氢氧同位素降水线LMWL；

步骤1所述大气氢氧同位素降水线LMWL通过以下方法得到：通过数据库选取研究区域附近3-5个站点的月降水氢氧同位素的多年平均丰度，通过各站点与研究区域的距离对各月进行加权平均处理；将得到的研究区域的月降水氢氧同位素的各月距离加权平均丰度点绘在氢氧同位素的丰度框架内，即y轴纵坐标为δ²H丰度，x轴横坐标为δ¹⁸O丰度的绘图空间，并对采集月份的距离加权平均丰度各散点进行线性拟合，构建研究区域的大气降水线LMWL；

步骤2，对研究区域的月降水氢氧同位素的各月距离加权平均丰度进行月降水量和月蒸发量的加权处理：分别对研究区域附近3-5个站点的月降水氢氧同位素的各月距离加权平均丰度进行月降水量和月蒸发量加权处理，δp＝∑(P_j/P×δ_Li)，P_j为第j月的降水量，P＝∑P_j，δfwp＝∑(E_j/E×δ_Li)，E_j为第j月的蒸发量，E＝∑E_j，分别获得降水同位素丰度的年降水通量与年蒸发通量代表值，记为δ_p，δ_fwp；

步骤3，计算各个t_i时刻蒸发平衡与极限状态下的氢氧同位素丰度理论值，构建湖泊动态蒸发过程线LEL_i：利用降水同位素丰度的年降水通量代表值δ_p、实测的所述湖水氢氧同位素丰度δ_Li、湖泊表面的气温T_i、相对湿度，同时分别计算各个t_i时刻蒸发平衡与极限状态下的氢氧同位素丰度理论值，记为δ_SSLi和δ^*_i；并且点绘在氢氧同位素的丰度框架内，将δ_SSLi和δ^*_i连线，所得的连线对应为t_i各时刻的湖泊动态蒸发过程线LEL_i，湖泊动态蒸发过程线LEL_i的斜率记为S_i；

步骤3所述δ_SSLi和δ^*_i的计算公式为：

其中，是同位素的平衡分离值，是同位素的平衡分馏系数，；

是温度T_i的函数，

α⁺(¹⁸O)＝exp[-7.685/10^-3+6.7123/(273.15+T_i)-1666.4/(273.15+T_i)²+ 350410/(273.15+T_i)³]

α⁺(²H)＝exp[1158.8((273.15+T_i)³/10¹²)-1620.1×((273.15+T_i )²/10⁹) +794.84((273.15+T_i)/10⁶)-161.04/10³ +2999200/(273.15+T_i)³]

是同位素动力分离值，

为湖泊上方水蒸气的同位素丰度：

步骤4，还原湖泊水量在未经历蒸发同位素分馏阶段情景下的氢氧同位素丰度δ_Ii：通过δ_Li构造斜率为S_i的直线，将它们与LMWL交点记为I_i，I_i代表t_i-1到t_i时段内变化的湖泊水量在未经历蒸发同位素分馏阶段情景下的氢氧同位素丰度；

步骤5，计算湖泊蒸发量占总入流量的比例E_i/I_i：计算t_i-1到t_i时段内湖泊蒸发量占总入流量的比例E_i/I_i；

其中，为湖泊蒸发水汽的氢氧同位素的丰度，

δ_E＝((δ_Li-ε⁺)/α⁺- h_iδ_A-ε_K)/(1-h_i+10^-3ε_K) ；

步骤6，分割湖泊补给水源与消耗蒸发项的水量及同位素丰度，得到湖泊入流水量及对应的同位素丰度；

步骤7，点绘湖泊入流水量及对应的同位素丰度随时间t_i变化过程线，综合分析湖泊入流水源的变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法，其特征在于，步骤6包括：构建各个t_i时刻的湖泊水量与同位素质量守恒方程，并带入步骤5计算得到的湖泊蒸发量占总入流量的比例E_i/I_i，消除E_i项，从而完成对各个时段湖泊补给水源与消耗蒸发项的水量及同位素丰度的分割，得到湖泊入流水量及对应的同位素丰度，I_i＝P_i+R_i-E_i，P_i为t_i时刻湖泊降水量。