[发明专利]一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法

说明书

本发明公开一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法，通过主要步骤：采集湖水样品，并测定湖水的氢氧同位素(²H，¹⁸O)丰度，获取湖泊所处地区的气温、相对湿度，及逐日降水量与蒸发量资料，构建研究区域的大气降水线；计算各个时刻蒸发平衡与极限状态下的氢氧同位素丰度理论值，构造湖泊动态蒸发过程线，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，计算各时段湖泊蒸发量占入流量的比例，引入的湖泊水量与同位素质量守恒方程，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进行精细分割，进而得到湖泊入流水量R_i及对应的同位素丰度随时间变化过程线，综合分析湖泊入流水源的变化情况。

技术领域

本发明属于水文测量领域，具体地说是涉及基于同位素示踪技术来确定湖泊补给水源的技术方法。

背景技术

前沿的物理化学领域研究认为，水体的物理信息与水体本身的化学特征紧密相关。进一步地，在宏观把握物理自然规律如何决定或影响水体的化学信息的基础上，通过监测水体的化学信号变化，构建合理的数学模型，可有效反演出水体的物理形态。

已知有利用氢氧同位素(¹⁸O，²H)的质量守恒模型来定量评估湖泊蒸发与入流的方法，例如专利CN 109598082 A公开了基于氢氧同位素的湖泊蒸发量及关键水文信息的计算方法，在蒸发过程中，受气象场控制，水体的同位素比值发生瑞利分馏。基于此构建湖泊水量平衡模型可获取湖泊的蒸发入流比例。然而此种方法，过于概化假设湖泊水位恒定不变，且所取得结果是建立在几次的同位素测试结果之上的平均结果，难以正确反映出湖泊的补给量动态变化，也不能客观全面的展现湖泊水量的时间尺度变化特征；其次，例如专利CN106370802A该方法能够利用氢氧同位素对湖泊进出水量进行还原，并不能够对水源成分进行区分，定量计算的结果是所有湖泊补给量的总和，并不能够区分其中涉及的降水、降雪、融雪径流、地表径流、地下径流等复杂的成分，因而限制了该技术方法的应用场合。

因此，亟需提出一种正确反映湖泊补给水源动态变化的新技术，弥补现有数学模型中的不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法，基于湖泊的氢氧同位素特征结合湖泊的水量动态演变规律，来重建湖泊的水文平衡过程，为研究流域的湖泊水文稳态与非稳态提供新的技术方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现。

一种利用氢氧同位素的湖泊补给水源示踪方法，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h_i；收集湖泊所处地区的逐日降水量与蒸发量资料；i＝1...，n；

构建研究区域的大气氢氧同位素降水线LMWL；

步骤2，对研究区域的月降水氢氧同位素的各月加权平均丰度进行月降水量和月蒸发量的加权处理；

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；

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；

步骤5，计算湖泊蒸发量占总入流量的比例E_i/I_i；

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；

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