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南水北调中线工程典型受水区地表水稳定同位素特征及其影响研究

陈毅良  
【摘要】:中国南水北调工程是目前世界上最大的跨流域调水工程,它通过水利设施改变了水资源的自然分配格局,进而影响区域水循环。在这样的工程背景下,关于工程运行的输水损耗以及跨流域调水对受水区水文过程的影响研究较少。本文以南水北调中线工程典型受水区为例,利用稳定同位素方法将跨流域调水和受水区地表水文过程联系起来,研究重大调水工程对水循环的影响。同时,有关河流输水过程河面蒸发的定量研究一直存在技术上的困难,而南水北调中线工程是一条人工河道,影响渠道水文状况的因素较少,因而为运用稳定同位素研究河水蒸发损失提供了较为有利的条件。针对以上问题,对输水工程沿线渠水、典型受水区地表水进行采样,并分析了水样的氢氧稳定同位素组成。通过渠水稳定同位素的空间变化,估算了输水干渠渠水的蒸发比率;通过比较渠水和地表水稳定同位素的空间联系,评价跨流域调水影响下典型受水区地表水稳定同位素的空间分布特征及其影响因素。论文取得以下初步研究结果:(1)初步估算了南水北调中线工程渠水蒸发比率。研究结果表明,蒸发和降水是影响渠水氢氧同位素沿程空间变化的主要因素,蒸发使渠水δ18O值和52H值由南向北呈现总体升高趋势,而渠面降水则造成相反变化。基于水量平衡和稳定同位素质量平衡模型估算了渠水的蒸发比率,发现北部渠段渠水的蒸发比率大于南部,整个输水干渠渠水的蒸发比率在1.7%~1.9%之间。(2)发现受水区不同流域水体稳定同位素的空间差异,揭示了南水北调工程对受水区地表水的影响。淮河流域沙颍河和海河流域河水δ18O均值分别为-6.5‰和-7.2‰,这体现了大气降水稳定同位素分布的纬度效应;d-excess值分别为4.1‰和2.6‰,表明海河流域经历了更强的蒸发作用。此外,在部分河流河水中还发现了渠水稳定同位素信号,说明跨流域调水对地表水稳定同位素产生了影响。例如,海河流域上游永定河河水δ18O为-5.9‰,其下游永定新河δ18O为-7.9‰,介于永定河和渠水δ18O(-8.1δ18。)之间,表明河水稳定同位素受到工程调水的影响。这一初步研究结果为跨流域调水工程对水循环的影响提供了稳定同位素方面的证据,也为利用稳定同位素手段研究人类活动对水循环的影响做出新的尝试。


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