[發明專利]一種利用氫氧同位素的湖泊補給水源示蹤方法

有效

• 申請號: 202010205721.1
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111504277B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 余鐘波;萬程煒;周華;李愷;樊婧妍;陳澄昊;衣鵬;鞠琴
• 申請（專利權）人: 河海大學;泰州市水資源管理處;蘇州市相城區河道管理處;水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G06F17/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

1.一種利用氫氧同位素的湖泊補給水源示蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，在t₁到t_n時段內按一定的時間頻率采集湖水樣品，在各個t_i時刻測定湖水氫氧同位素豐度δ_Li及湖泊表面的氣溫T_i、相對濕度；收集湖泊所處地區的逐日降水量與蒸發量資料；i=1...，n；n為大于1的正整數；

構建研究區域的大氣氫氧同位素降水線LMWL；

步驟1所述大氣氫氧同位素降水線LMWL通過以下方法得到：通過數據庫選取研究區域附近3-5個站點的月降水氫氧同位素的多年平均豐度，通過各站點與研究區域的距離對各月進行加權平均處理；將得到的研究區域的月降水氫氧同位素的各月距離加權平均豐度點繪在氫氧同位素的豐度框架內，即y軸縱坐標為δ²H豐度，x軸橫坐標為δ¹⁸O豐度的繪圖空間，并對采集月份的距離加權平均豐度各散點進行線性擬合，構建研究區域的大氣降水線LMWL；

步驟2，對研究區域的月降水氫氧同位素的各月距離加權平均豐度進行月降水量和月蒸發量的加權處理：分別對研究區域附近3-5個站點的月降水氫氧同位素的各月距離加權平均豐度進行月降水量和月蒸發量加權處理，δp＝∑(P_j/P×δ_Li)，P_j為第j月的降水量，P＝∑P_j，δfwp＝∑(E_j/E×δ_Li)，E_j為第j月的蒸發量，E＝∑E_j，分別獲得降水同位素豐度的年降水通量與年蒸發通量代表值，記為δ_p，δ_fwp；

步驟3，計算各個t_i時刻蒸發平衡與極限狀態下的氫氧同位素豐度理論值，構建湖泊動態蒸發過程線LEL_i：利用降水同位素豐度的年降水通量代表值δ_p、實測的所述湖水氫氧同位素豐度δ_Li、湖泊表面的氣溫T_i、相對濕度，同時分別計算各個t_i時刻蒸發平衡與極限狀態下的氫氧同位素豐度理論值，記為δ_SSLi和δ^*_i；并且點繪在氫氧同位素的豐度框架內，將δ_SSLi和δ^*_i連線，所得的連線對應為t_i各時刻的湖泊動態蒸發過程線LEL_i，湖泊動態蒸發過程線LEL_i的斜率記為S_i；

步驟3所述δ_SSLi和δ^*_i的計算公式為：

其中，是同位素的平衡分離值，是同位素的平衡分餾系數，；

是溫度T_i的函數，

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]

是同位素動力分離值，

為湖泊上方水蒸氣的同位素豐度：

步驟4，還原湖泊水量在未經歷蒸發同位素分餾階段情景下的氫氧同位素豐度δ_Ii：通過δ_Li構造斜率為S_i的直線，將它們與LMWL交點記為I_i，I_i代表t_i-1到t_i時段內變化的湖泊水量在未經歷蒸發同位素分餾階段情景下的氫氧同位素豐度；

步驟5，計算湖泊蒸發量占總入流量的比例E_i/I_i：計算t_i-1到t_i時段內湖泊蒸發量占總入流量的比例E_i/I_i；

其中，為湖泊蒸發水汽的氫氧同位素的豐度，

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

步驟6，分割湖泊補給水源與消耗蒸發項的水量及同位素豐度，得到湖泊入流水量及對應的同位素豐度；

步驟7，點繪湖泊入流水量及對應的同位素豐度隨時間t_i變化過程線，綜合分析湖泊入流水源的變化情況。

2.根據權利要求1所述的一種利用氫氧同位素的湖泊補給水源示蹤方法，其特征在于，步驟6包括：構建各個t_i時刻的湖泊水量與同位素質量守恒方程，并帶入步驟5計算得到的湖泊蒸發量占總入流量的比例E_i/I_i，消除E_i項，從而完成對各個時段湖泊補給水源與消耗蒸發項的水量及同位素豐度的分割，得到湖泊入流水量及對應的同位素豐度，I_i＝P_i+R_i-E_i，P_i為t_i時刻湖泊降水量。