不同时空格局下高寒流域径流成分的形成与演化

Mixing of waters in different temporal and spatial scales has been identified as an important influence on runoff generation and water quality. Improved understanding of the controls on the spatial and temporal variability of water sources and how they mix is therefore of both fundamental and applied interest. Alpine watershed has unique hydrological and meteorological conditions. Due to the influence of ice and snow melt water and the frozen soil, the flow hydrograph relatively is unique and complicated. In this study, we suppose to combine.topographic indices derived from a high resolution Digital Elevation Model (DEM) with repeated spatially high resolution synoptic sampling of multiple tracers to investigate the distribution of stable isotopes and chemical ions. Based on the results of the distribution, a three-end-member mixing analysis model is used to determine the mixing ratios of precipitation, melt water and groundwater in river water. At the same time, a revised VIC (Variable Infiltration Capacity) Model is applied to simulate the hydrological process of the river, and furthermore to.estimate the ratios of the runoff components. The contradistinctive approach of the two methods helps us to classify the mixing mechanism and the impact of runoff components on the runoff process. We suppose to establish a theoretic understanding of mechanism for runoff evolution in response to environmental change and provide a new method and attempt to further study on climate-runoff system and water resource assessment.

不同时空范围内水体的混合对径流的产生和水质有重要的影响。提高对水资源形成的时空变化以及在不同地带径流成分控制因子的理解，无论在水文学基础研究和水资源管理应用上都是有重要意义的。高寒流域具有独特的水文、气象条件，由于冰雪融水补给及受到冻土等的影响，其流量过程线独特且复杂。我们设想在疏勒河上游流域利用点上的观测数据和源于高分辨率的数字高程模型地形参数，结合高分辨率的多示踪剂重复抽样方法来研究稳定同位素和水化学空间分布。在此基础上，利用三端元分析法定量河流径流中大气降水、冰雪融水和地下水的比例。同时利用改进的、具有较好物理意义的VIC水文模型对区域径流进行模拟，并对径流成分进行分割。对比两种方法得到的结果，利用两方法的互补性探讨流域径流形成机制和径流组分对径流过程的影响。本项目期望从理论上理解高寒流域径流的演化过程及对环境变化的响应机制，为进一步开展寒区气候—径流系统研究提供一种新的尝试。

不同时空范围内水体的混合对径流的产生和水质有重要的影响。提高对水资源形成的时空变化以及在不同地带径流成分控制因子的理解，无论在水文学基础研究和水资源管理应用上都是有重要意义的。高寒流域具有独特的水文、气象条件，由于冰雪融水补给及受到冻土等的影响，其流量过程线独特且复杂。我们在疏勒河上游流域利用点上的观测数据和源于高分辨率的数字高程模型地形参数，多示踪剂重复抽样方法来研究稳定同位素和水化学空间分布。根据不同水体稳定同位素和水化学组成差异，遴选出流域水文过程中的保守水化学参数作为示踪剂，建立了三端元混合径流分割模型。结合稳定同位素和水化学的空间分布，得到不同水文断面（苏里、尕河）上的地表径流组成，并对模型不确定性进行估计。研究发现径流补给以地下水为主，苏里和尕河流域地下水补给平均占径流的59%和60%。苏里流域降水形成的地表径流的贡献率(25%)略高于尕河流域(19%)。然而，冰川融水的贡献在尕河流域(21%)高于苏里流域(17%)，这是冰川覆盖面积在尕河流域所占比例较高的结果。利用三端元分析法定量河流径流中大气降水、冰雪融水和地下水的比例。同时利用改进的、具有较好物理意义的SPHY水文模型对区域径流进行模拟，并对1971-2020年径流成分（冰川融水、积雪融水、大气降水和地下水）进行了分割。结果发现冰川径流占总径流的年平均比例为28%，融雪径流占总径流的年平均比例为16%，降水径流占总径流的年平均比例为18%，基流（地下水）占总径流的年平均比例达到38%。从1971年到2020年，冰川径流、降水径流和基流有显著的增加趋势，这其中降水径流的增加率是最大的，其次是冰川径流和基流。我们还发现，50年来，冰川融水径流和融雪径流对总径流的贡献呈递减趋势，表明冰川和积雪对河流径流的补给作用正在减少，基流（地下水）对总径流的贡献率呈明显下降趋势，而降水径流对总径流的贡献呈递增趋势，意味着降水增加对总径流量增加的贡献超过冰川融水径流对径流量增加的贡献，未来总径流的增加将取决于降水量的增加程度。对比两种方法得到的结果，利用两方法的互补性探讨流域径流形成机制和径流组分对径流过程的影响。本项目期望从理论上理解高寒流域径流的演化过程及对环境变化的响应机制，为进一步开展寒区气候—径流系统研究提供一种新的尝试。