中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析--以重庆市北碚区为例刘梦娇;王勇;张耀华;李果【摘要】通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年(2014年)的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。
结果表明：(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18 O+18.97,r=0.99,n=101,P <0.01,δD、δ18 O 相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致；(2)大气降水中δD、δ18 O 具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正；(3)大气降水中的δD、δ18 O 与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应；(4)水库中水的δD、δ18 O 具有极好的相关性,其δD、δ18 O 样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水 d 的变化趋势与降水 d 基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18 O 和 d 的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。
%The hydrogen and oxygen isotopes of precipitation water in Beibei District of Chongqing and water in Longtanzi reservoir in upper stream Maanxi were investigated during a hydrologic year (2014),to expl ore the relationship ofδD and δ1 8 O between precipitation and the reservoir water. It was found that the correlation between δD and δ1 8 O in the precipitation is extremely significant, namely,δD=8.82δ1 8 O+18.97,r=0.99,n=101,P <0.01.The slope and intercept of local meteoric water line are both greater than the global meteoric water line and China meteoric water line.The result suggestedthat southwest monsoon and southeast monsoon have alternative influence on local precipitation;(2)BothδD Dandδ1 8 O valu es in rain water exhibited significant seasonal variations,having lower values in summer and higher ones in winter;(3)Theδvalue and precipitation as well as temperature assumed negative correlation. The precipitation amount effect of the δD and δ1 8 O in t he precipitation was very profound,which concealed the temperature effect;(4)The δD and δ1 8 O in reservoir had a great correlation and they fell near the global meteoric water line and local meteoric water line.In addition,the excess deuterium (d)in the reservoir wa-ter and in the precipitation showed very similar patterns.The result indicated that the precipitation recharged the reservoir.However,the variety range of theδD andδ1 8 O from reservoir was far less than precipitation. The result suggested that the reservoir was not only recharged by precipitation,but also by soil water and groundwater.【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】9页(P486-494)【关键词】降水;不同水体;氢氧稳定同位素;过量氘;重庆北碚区【作者】刘梦娇;王勇;张耀华;李果【作者单位】西南大学地理科学学院，重庆 400715;西南大学地理科学学院，重庆 400715;西南大学地理科学学院，重庆 400715;西南大学地理科学学院，重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P426.612氢氧稳定同位素作为水汽交换的指示器[1]是探索水文循环的重要手段之一,不同地区水体的氢氧同位素不同。
影响降水稳定同位素改变的因素有两个:一是形成降水的大气中本身的同位素组成,包括水汽来源和输送过程;另一个是与降水地点的局地因素有关,包括气温、降水量、气压、相对湿度、纬度及海拔等[2-4]。
国外许多学者对大气降水同位素进行了研究[5-7],Yoshimura等[8]采用瑞利同位素循环模型定量分析短期降水中δ18O的特征变化及其与每次降水事件的水汽输送之间的关系。
Lisa等[9]利用HYSPLIT模式中的后向轨迹法(Backwards Trajectory)后推分析气流的来源和传输路径,研究了不同水汽来源对大气降水中稳定同位素变化的影响。
我国也有许多学者对降水氢氧同位素进行了细致的研究[10-12],王永森等[13]对西安的大气降水同位素进行了研究,发现不同的气候因子对降水同位素的影响存在着差异,夏季降水多,降水同位素偏负,降雨量效应明显;冬季降水少,温度低,造成降水同位素偏正,体现了温度效应;而在4月份,研究区处于少雨季节,空气湿度小于夏季,而温度高于冬季,蒸发作用强,因此降水同位素值偏正。
涂林玲等[14]对桂林的大气降水研究表明,桂林地区夏季风期间降水的δ值偏低,冬季风期间降水的δ值偏高,降雨量效应显著,并且掩盖了温度效应。
降水的氢、氧同位素值反映了季风气候或夏季台风对其影响显著。
同一地区,不同水体的稳定同位素也存在差异。
就水库而言,水库对局地小气候具有一定的调节作用。
水库是较长时间大气降水形成的地表水流的综合,水体具有一定的滞留性。
近几年来,许多学者对重庆大气候环境的探究多以岩溶水及地下水的氢氧同位素研究为主[15-16],而对大气降水的氢氧同位素的研究很少,对水库水体的氢氧同位素的研究更少。
李廷勇[17]等以北碚区为例对重庆市2006-2008年的大气降水δD、δ18O特征进行了初步分析,发现重庆大气降水中的稳定同位素存在着明显的季节变化,大气降水同位素体现了降雨量效应,而没有体现温度效应。
本文以北碚区为研究对象,不仅研究北碚区大气降水中氢氧同位素的季节变化,并且对龙滩子水库中水的氢氧同位素进行示踪探究,旨在研究大气降水的来源、水库的水与降水的关系以及水库的水的补给特征,为西南地区区域水循环的研究提供科学依据。
重庆市北碚区位于106°18′14″E-106°56′53″E, 29°39′10″N-30°3′53″N,海拔252 m,北碚区位于在重庆市西北部,全区幅员面积755 km2。
区内多山地丘陵,嘉陵江由北向南纵贯全境。
该区属于亚热带湿润季风气候,气温高,热量丰富,年平均气温17.7℃,降雨量充沛,年平均降水量约1 203 mm;每年5-10月为雨季,降水占年平均降水量的70%~80%[17]。
龙滩子水库位于重庆市北碚区,始建于1974年,是一座以农业灌溉为主,兼有防洪、发电功能的小型水库。
总库容163万m3,坝顶高程238.84 m,最大断面坝高35.05 m,修建在嘉陵江水系马鞍溪支流上。
2.1 样品收集自2014年1月开始,在重庆市北碚区西南大学地理科学学院楼顶利用雨水收集器采集降水,在重庆市北碚区马鞍溪上游龙滩子水库采集水样,图1为采样点示意图。
气象数据来源于中央气象台气象数据。
取样品之前,将塑料瓶放入7N的HNO3浸泡24小时,然后用超纯水清洗3次,并放入烘箱烘干,保证取样工具的洁净与干燥。
采取样品时,尽量将水样装满瓶子,这是因为考虑到液态水分子之间存在着范德华力,它会使水分子的运动速度远远小于气态情形,这样可以降低蒸发时的分馏作用[18]。
降水样采集:降水点以场降水为单位,每场降水过后及时收取降水,将雨量筒中的降水装入50 m L塑料瓶中,现场记录日期并编号,用封口膜将瓶口封住,以免分馏。
将装好的样品带回实验室冷藏保存至分析。
每次取完样品之后都将雨量筒带回实验室用超纯水反复清洗多次,以免影响下一次降水的测试。
截止到2014年12月,一个水文年共取降水样品101个(2014年1月下旬样品缺失)。
水库水样采集:自2014年1月开始,每月中旬和月底于重庆市北碚区马鞍溪上游龙滩子水库采取水库水样,每月取2个样品,两个样品的取样位置和深度几乎没有变化。
每次将所取的水库水样装入50 m L塑料瓶中,现场记录日期并编号,用封口膜将瓶口封住,以免分馏。
将装好的样品带回实验室冷藏保存至分析。
截止到2014年12月,一个水文年共取样品22个(2014年1月底与2014年12月底样品缺失)。
2.2 样品处理及分析所有样品在测量之前用1 m L一次性注射器和0.45μm滤头进行过滤,完成过滤的样品在西南大学地理科学学院同位素实验室进行分析。
采用激光液态水稳定同位素分析仪(型号:IWA-35d-EP;精度δD<0.5‰,δ18O<0.1‰;美国Los Gatos Research公司生产)对样品进行测定分析,最后的结果以VSMOW表示。
3.1 北碚区大气降水同位素特征3.1.1 区域大气降水线中国南方地区,尤其是西南地区,主要受东南季风和印度季风的双重影响[19]。