[發(fā)明專利]一種利用氫氧同位素的湖泊補(bǔ)給水源示蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010205721.1
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111504277B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 河海大學(xué);泰州市水資源管理處;蘇州市相城區(qū)河道管理處;水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

本發(fā)明公開一種利用氫氧同位素的湖泊補(bǔ)給水源示蹤方法，通過主要步驟：采集湖水樣品，并測定湖水的氫氧同位素(²H，¹⁸O)豐度，獲取湖泊所處地區(qū)的氣溫、相對濕度，及逐日降水量與蒸發(fā)量資料，構(gòu)建研究區(qū)域的大氣降水線；計算各個時刻蒸發(fā)平衡與極限狀態(tài)下的氫氧同位素豐度理論值，構(gòu)造湖泊動態(tài)蒸發(fā)過程線，還原湖泊水量在未經(jīng)歷蒸發(fā)同位素分餾階段情景下的氫氧同位素豐度，計算各時段湖泊蒸發(fā)量占入流量的比例，引入的湖泊水量與同位素質(zhì)量守恒方程，對各個時段湖泊補(bǔ)給水源與消耗蒸發(fā)項的水量及同位素豐度進(jìn)行精細(xì)分割，進(jìn)而得到湖泊入流水量R_i及對應(yīng)的同位素豐度隨時間變化過程線，綜合分析湖泊入流水源的變化情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水文測量領(lǐng)域，具體地說是涉及基于同位素示蹤技術(shù)來確定湖泊補(bǔ)給水源的技術(shù)方法。

背景技術(shù)

前沿的物理化學(xué)領(lǐng)域研究認(rèn)為，水體的物理信息與水體本身的化學(xué)特征緊密相關(guān)。進(jìn)一步地，在宏觀把握物理自然規(guī)律如何決定或影響水體的化學(xué)信息的基礎(chǔ)上，通過監(jiān)測水體的化學(xué)信號變化，構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型，可有效反演出水體的物理形態(tài)。

已知有利用氫氧同位素(¹⁸O，²H)的質(zhì)量守恒模型來定量評估湖泊蒸發(fā)與入流的方法，例如專利CN 109598082 A公開了基于氫氧同位素的湖泊蒸發(fā)量及關(guān)鍵水文信息的計算方法，在蒸發(fā)過程中，受氣象場控制，水體的同位素比值發(fā)生瑞利分餾。基于此構(gòu)建湖泊水量平衡模型可獲取湖泊的蒸發(fā)入流比例。然而此種方法，過于概化假設(shè)湖泊水位恒定不變，且所取得結(jié)果是建立在幾次的同位素測試結(jié)果之上的平均結(jié)果，難以正確反映出湖泊的補(bǔ)給量動態(tài)變化，也不能客觀全面的展現(xiàn)湖泊水量的時間尺度變化特征；其次，例如專利CN106370802A該方法能夠利用氫氧同位素對湖泊進(jìn)出水量進(jìn)行還原，并不能夠?qū)λ闯煞诌M(jìn)行區(qū)分，定量計算的結(jié)果是所有湖泊補(bǔ)給量的總和，并不能夠區(qū)分其中涉及的降水、降雪、融雪徑流、地表徑流、地下徑流等復(fù)雜的成分，因而限制了該技術(shù)方法的應(yīng)用場合。

因此，亟需提出一種正確反映湖泊補(bǔ)給水源動態(tài)變化的新技術(shù)，彌補(bǔ)現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型中的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種利用氫氧同位素的湖泊補(bǔ)給水源示蹤方法，基于湖泊的氫氧同位素特征結(jié)合湖泊的水量動態(tài)演變規(guī)律，來重建湖泊的水文平衡過程，為研究流域的湖泊水文穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)提供新的技術(shù)方法。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種利用氫氧同位素的湖泊補(bǔ)給水源示蹤方法，包括以下步驟：

步驟1，在t₁到t_n時段內(nèi)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h_i；收集湖泊所處地區(qū)的逐日降水量與蒸發(fā)量資料；i＝1...，n；

構(gòu)建研究區(qū)域的大氣氫氧同位素降水線LMWL；

步驟2，對研究區(qū)域的月降水氫氧同位素的各月加權(quán)平均豐度進(jìn)行月降水量和月蒸發(fā)量的加權(quán)處理；

步驟3，計算各個t_i時刻蒸發(fā)平衡與極限狀態(tài)下的氫氧同位素豐度理論值，構(gòu)建湖泊動態(tài)蒸發(fā)過程線LEL_i；

步驟4，還原湖泊水量在未經(jīng)歷蒸發(fā)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(fā)量占總?cè)肓髁康谋壤鼸_i/I_i；

步驟6，分割湖泊補(bǔ)給水源與消耗蒸發(fā)項的水量及同位素豐度；

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