（地球化学专业论文）贡嘎山海螺沟冰川径流的同位素示踪研究.pdf

摘要 贡嘎山海螺沟冰川径流的同位素示踪研究 作者简介：姓名尹慧，性别女，1 9 8 3 年7 月生，师从成都理工大学尹观教 授，2 0 0 8 年7 月毕业于成都理工大学地球化学专业，获得理学硕士学位。 摘要 为了解冰川消融水对河流径流的作用，探索冰川不同时段的退缩速度，本论 文以贡嘎山海螺沟冰川径流为研究对象，通过对海螺沟河道的采样布控，分析了 冰川河源头和河道氢氧同位素及氚含量分布规律，根据冬、夏不同季节和不同时 段( 早、晚) 径流的同位素示踪信息的综合研究，取得了如下的认识： ( 1 ) 贡嘎山海螺沟冰川河源头水的组成，不同季节、不同时段( 早、晚) 有明显的变化。夏季下午：大约有8 2 4 是来自冰川区的水，17 6 为非冰川区 的径流；早晨：冰川区的水占7 4 6 ，非冰川区径流占2 5 4 。冰川消融水的最大 极限值，可能为总水量的6 9 7 8 左右。冬季：冰舌末端排泄水( b c h 1 ) 和冰 川水文站( h l g 6 ) 径流的同位素组成均低于底部冰川冰( b c b 2 ：16 6 3 9 o ) ， 显示出严重同位素不平衡的特点，反映了冬季底部冰川消融水在源头水 ( b c h 一1 ) 中的贡献已达最低的程度，而代之以冰j i i 上部占主导优势的雨雪 水，意味着在冬季当地冰川的退缩速度与夏季相比有明显减慢的趋势。 ( 2 ) 在冰川水文站以下的倒中桥和杉树坪区域范围内，各显示出明显的同 位素异常。示踪表明，在冰川水文站附近区域内存在水的渗漏，夏季延伸到倒中 桥( h l g 1 3 采样点上方) 一带，下渗水通过地下通道，到杉树坪( h l g 2 采样 点) 邻近的区域回补到河道内。 ( 3 ) 海螺沟冬季源头径流呈现出早晨氢同位素组成和氘过量参数偏低，下 午增高的现象，这一情况反应出不同来源水体占主导优势相互转化的动态变化过 程。早晨低6 d ，低d 值说明地下水的贡献增加；下午6 d 和d 值增高则反应出大气 降水相对占优势。 ( 4 ) 海螺沟径流同位素呈现高度效应。冬季径流主要为大气降水成分，高 度效应明显；夏季径流一定程度受冰川溶融水的影响，大气降水高度效应相对被 削弱。 关键词：冰川径流海螺沟氢氧同位素示踪 成都理1 ：大学硕+ 学位论文 l s o t o p i ct r a c i n go ft h eg l a c i a lf l o w si nh a i l u o ，g o n g g am o u n t a i n i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：y i n l l u i ，f e m a l e ，w a sb o mi nj u l y ，19 8 3w h o s et u t o r w a sp r o f e s s o r y i n g u a n s h eg r a d u a t e df r o mc h e n 酣uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yi n g e o c h e m i s t r ym a j o ra n dw a sg r a n t e dt h em a s t e rd e g r e ei nj u n e ，2 0 0 8 a b s t r a c t i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h a tg l a c i a la b l a t i o nw a t e rt or i v e rr u n o f i sm n c t i o na n d g l a c i a lr e c e s s i o ns p e e di nd i 日e r e n ts e c t i o n sa td i 骶r e n tp e r i o d so ft i m e ，t h i sp a p e rt a k e s h a i l u o g o ug l a c i e rr u n o f ra st h eo b j e c to fs t u d y ，t h r o u g hs a m p l i n gi nh a i l u o g o ur i v e r ， h a sa n a l y z e do x y h y d r o g e ni s o t o p ea n dt h et r i t i u mc o n t e n td i s t b u t i o n1 1 l l ei nt h e g l a c i e rr i v e rs o u r c ea n dt h er i v e rc o u r s e ，o b t a i n st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n ： ( 1 ) t h ec o m p o n e n to fg l a c i a l - r i v e rs o u r c eh a so b v i o u sv a r i a t i o n si nd i f r e r e n t s e a s o n sa n dd i f i f e r e n tt i m e ( m o m i n g ，e v e n i n g ) a ts u m m e re v e n i n g ，w a t e rf r o mg l a c i a l r e g i o na c c o u n tf o ra b o u t8 2 4 o f t o t a l ，a n dw a t e rf r o mo t h e ra c c o u n tf o r l7 6 i nt h e m o m i n g ，w a t e rf r o mg l a c i a l r e g i o na c c o u n tf o ra b o u t7 4 6 o ft o t a l ，w a t e rf r o mo t h e r a c c o u n tf o r2 5 4 t h em a x i m u m o f g l a c i a l m e i ta m o u n tm a ya c c o u n tf o ra b o u t6 9 t o7 8 o ft o t a lw a t e r i nw i n t e r ，t h ei s o t o p ec o m p o s i t i o n so ff l o w sf r o me n do ft h e g l a c i a lt o n g u e ( b c h - 1 ) a n dg l a c i e rh y d r o l o g i c a ls t a t i o n ( h l g 一6 ) a r el o w e rt h a nt h a to f b o t t o mg l a c i e r ( b c b 一2 ：一16 6 3 9 o ) ，s h o w i n go b v i o u s l yj s o t o p i cu n e q u i l i b r i u m t h j s r e n e c t st h a ti nw i n t e r ，b e i n gs u b s t i t u t e db yd o m i n a n tr a i na n ds n o wf r o mu p p e rg l a c i e r ， t h em e l tw a t e ro fb o t t o mg l a c i e ra c c o u n t sf o rl i t t l eo ft o t a lr e s o u r c ew a t e r ，w h i c h i n d i c a t e st h a tt h es h r i n kr a t eo fl o c a lg l a c i e re v i d e n t 】yd e c r e a s e si nw i n t e rc o m p a r e d w i t ht h a ti ns u m m e r ( 2 ) d o w no ft h eg l a c i e rh y d r o l o g i c a ls t a t i o n ，i nt h er e g i o no fd a o z h o n g q i a oa n d s h a n s h u p i n g ，i tr e v e a l sd i s t i n c t l yi s o t o p i ca b n o n n i t y t h ei s o t o p i ct r a c i n gs h o w e dt h a t t h e r ee x i s t sw a t e rl e a k a g en e a rt h eg l a c i e rh y d r o l o g i c a ls t a t i o n ，w h i c hm a ys t r e t c ht o d a o z h o n g q i a o ( o v e rs a m p l i n gl o c a t i o nh l g - 13 ) i ns u m m e r t h el e a k a g ew a t e rn o w t h r o u g hu n d e 唱r o u n dc h a n n e l sa n dr e n u xi n t or i v e n v a ya sg e tt os h a n s h u p i n gr e g i o n ( s a m p l i n gl o c a t i o nh l g - 2 ) ( 3 ) t h e9 1 a c i e rw i n t e rs o u r c em n o f fp r e s e n t st h a th y d r o g e ni s o t o p i cc o n t e n ta n d t h ed e u t e r i u me x c e s s i v ep a r a m e t e ri nm o m i n gi ss o m e w h a tl o w ，i na r e m o o ni t a b s t r a c t a d v a n c e s t h i ss i t u a t i o nr e s p o n d e dt h ed i 疗e r e n to r i g i nw a t e rb o d yo c c u p i e st h e d y n a m i cc h a n g ep r o c e s sw h i c ht h el e a d i n gs u p e r i o r i t yt r a n s f o m sm u t u a l l y i nt h e m o m i n gl o w6 d ，t h el o wdv a l u es h o w e dt h a tt h ec o n t r i b u t i o no fg r o u n dw a t e r i n c r e a s e s ；i nt h ea r e m o o n6 da n dt h edv a l u ea d v a n c e sr e s p o n d e dt h em o s p h e r i cw a t e r g e t st h ea d v a n t a g er e l a t i v e l y ( 4 ) t h eh a i l u o g o ur u n o f ri s o t o p ep r e s e n t st h ee f r e c to fa l t i t u d e t h ew i n t e rr u n o f f i sm a i n l yt h em o s p h e r i cw a t e ri n g r e d i e n t ，t h ee f f e c to fa l t i t u d ei so b v i o u s ；i ns u n l i n e r ， t h em n o f ri nc e n a i ne x t e n ti si n n u e n c e db yt h ed i s s o l v e dg l a c i e rw a t e r ，t h em o s p h e r i c w a t e re f r e c to fa l t i t u d ei sr e l a t i v e l vw e a k e n e d k e y w o r d s ：g l a c i a ln o w sh a i l u o g o uo x y h y d r o g e ni s o t o p i ct r a c i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理工太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：夕甏 j t 档年 占月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛都理王态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：尹慈 学位论文作者导师签名：锄次l 月 乙 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 选题依据及研究意义 随着全球气候变暖，研究调查发现我国西部平均气温每1 0 年上升o 2 ，致 使约8 2 的冰川处于退缩状态，冰川面积减少了4 5 。中国境内的冰川每年提 供的融水量与黄河多年平均入海径流量相当。在我国西部山区冰i i 融水径流是河 流地表径流的重要组成部分，西部山区大多数河流发源于高寒冰川作用区，据不 完全统计，我国西部山区河流( 有水文站) 冰川融水补给比重占年总径流量的 2 5 以上的大约有3 0 烈。冰川融水径流在河川径流量占有相当比重，研究冰川 融水对河流的作用具有重要的实际意义和科学意义。 贡嘎山位于青藏高原东缘，大雪山脉的中南段，四川瓮地与青藏高原的过渡 地带，地理位置介于1 0 10 3 0 1 0 2 。1 5 e 和2 9 0 2 0 3 0 0 2 0 ，n ，主峰海拔7 5 5 6 m ，其 高度居青臧高原东缘山峰之首。区内地质构造异常复杂，地貌形态千奇百怪，岭 谷高差十分悬殊。环绕贡嘎山山巅四周，存有国内典型的现代海洋性冰川。贡嘎 山东坡海螺沟内，拥有从亚热带到寒带的完整的山地自然垂直带谱，土壤、植物、 生念、气象等具有明显的垂直分异【2 】【3 1 。区内物种资源极为丰富，生物区系和生 物地理成分复杂，低海拔的现代冰川和古冰川遗迹广泛分布，生念环境原生性强， 原始状态保持良好。由于地理位置、环境气候条件、生态以及水循环系统的的特 殊性，这里一直被认为是观察、研究青藏高原演化和第四纪以来全球气候变化的 重要窗口。 海螺沟是一沿东西向平移断层发育的沟谷，流域总面积近2 0 0 k m 2 。主沟长 3 0 2 1 l ，沟床平均纵比降11 5 9 o 。从海螺沟沟口到流域最高点( 即贡嘎山主峰 7 5 5 6 m ) 的直线距离仅为2 4 5 l ( n l ，落差却达6 1 6 3 m ，地形梯度为2 5 1 5 5 m l 锄。主 沟两岸儿面积在0 5 m 2 以上的支沟流域，垂直高差都在1 0 0 0 m 以上。沟内汇冰雪 融水、大气降水、地下水为一体，沿沟而下，直泻大渡河谷。 海螺沟的源头现存冰川总面积达2 9 6 6 0 k m 2 ，占全流域面积的1 5 1 。从贡嘎 山主峰东坡往沟内延伸，冰川长1 3 1 l 锄，粒雪瓮后壁坡度0 7 9 ，雪崩频繁，冰舌 上部有高差达1 0 5 0 m 、坡度0 5 4 的大冰瀑布，下部被厚度不等的表碛覆盖，术端 下降到海拔2 9 8 0 m 的亚热带森林1 4 j 1 5 j 。 以冰川下限为界，可以初步将海螺沟划分为冰l l 区和非冰j l l 区两大基本水文 单元。冰川区径流，以冰川消融水和雪溶水排泄为主，形成水流丰沛的冰川河。 雪线和冰川以下的区域，则以大气降水、地下水的方式，依次逐步汇入海螺 沟内。由于海洋性冰川冰雪融水是径流的重要组成部分，研究冰川河源头和河道 成都理工大学硕士学位论文 不同区段，不同时域径流的氢氧同位素组成特点及其水文动态变化规律，对于了 解其对河流的作用，探索海螺沟现代海洋性冰川的退缩速度与全球气候变暖的关 系，可能提供极为有用的线索。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外研究状况 a m a s o n 【7 】对冰岛的冰川三个地方的径流进行了测量。一个高度为1 2 3 0 m ，另 两个在1 3 0 0 m 处。他认为当氘的有效分馏系数口= 1 0 1 9 接近平衡常数t = 1 0 2 8 时， 此时冰水系统处于近似平衡的状态。根据这一设想并结合冰与氘的质量同位素 平衡方程一起，算出了当地年降雨量的2 4 和5 2 分别成为高度为1 2 3 0 m 和 1 3 0 0 m 处的堆积雪而被保存下来。 之后，a m b a c h 【8 】等对k e s s e t w a i l d f e m e r 冰川时发现，冰川河水的氚和氘含量 随时间变化而产生消长关系。每天早晨，河水表现为高氚，低氘，但在下午却完 全相反。每年的晚夏表现为氚值最小而氘值最大，在寒冷季节又呈现出高氚低氘 值的相反情况。这一现象反映了冰川河水来源于冰川冰，雪融水及冰川地下水等 不同组分的变化。温暖季节到来时，最小的氚值和最大的氘值表明，冰川河水主 要来源于冰和粒雪的消融水，而寒冷季节的高氚低氘含量，却反映的是河水主要 来源于冰川地下水，此时冰和粒雪的溶融程度减小了。他还对冰川径流中溶融冰 的贡献进行计算，发现其排泄量最大值可达总的排泄量的6 0 。同样，b e h r e n s p j 等对冰川排泄中的溶雪冰和雪中组成的冰川径流部分每天的氘、氚和博o 也进行 过定量计算。 m e i m a n 等对美国科罗拉多f r o n t r a n g e 北部的两个流域偷地的排泄水、雪层 和一些雨水的样品的6 d 进行测定，根据雪溶季节期间径流的6 d 值模型实验得 出结论认为，它们当中一个流域盆地的溶融水在次表层发生了很重的过滤作用， 并估计整个年度的雪溶水占总排泄量的6 0 左右。 1 2 2 国内研究状况 1 9 5 8 年以来，为探讨冰川区的产流量及其径流特征，分别在我国一些大陆 型和海洋型冰川的冰舌末端附近设立的定位与半定位水文观测点约1 5 处。由于 水文观测资料短缺，观测年限也不相同，只有通过有限的基本资料探讨不同冰川 类型及不同气候条件下冰川径流的区域性分布特点的基础上，然后设法通过具有 较长系列的低山带气象站的观测资料与冰川区的基本水文资料建立一定的经验 关系，从而达到内插无资料冰川区的径流量及其径流基本特征。 2 第1 章引言 在无资料的地区冰川径流研究方法主要有以下几种【lo 】：冰川径流模数法。 冰川径流模数是单位面积、单位时间是冰川的产流量，以1 s 2 计。据冰川编目， 我国冰川总面积为5 8 6 5 1 k m 2 ，按冰川径流模数法估算出我国冰川融水径流量约为 5 6 3 1 0 8 m 3 ，占我国河川径流量的2 ，相当于黄河入海的多年平均径流量。冰 川径流与气温经验关系法。以冰川区径流资料与其相应低海拔气象站的地面或高 空气象资料分析表明，两者存在幂函数或指数函数关系【一3 1 。适用于估算较长时 段的旬、月平均流量。但估算同径流过程误差比较大。度同因子法。这是估算 冰川融水径流量国内外常用的最简便的方法之一。用热量平衡与冰j l i 汇流规律 估算冰川径流过程。 应用稳定同位素与环境化学指示方法来研究大气降水、冰雪和地表径流变化 过程，是冰川学家、气候学家和水文学家共同感兴趣的课题【1 4 - 2 2 1 。 从9 0 年代始，我国学者较详细地研究了青藏高原内部大气降水中稳定同位素 的分布和水文循环特征【2 ”1 1 ，认为水汽来源是影响青藏高原降水中6 1 8 0 分布的重 要因素。在大陆气团的影响下，青藏高原降水中6 1 8 0 与温度变化同步，即所谓“温 度效应”。在高山地区，由于气温是随海拔高度的上升而降低的，稳定同位素的 比率也随海拔增加而降低，即“高度效应”。但在源于海洋的暖湿气流影响下，特 别在季风气候区，降水中6 1 8 0 与降水量和温度存在着负相关关系，即所谓“降水 量效应”，从积雪一冰一冰雪融化过程中原始降雪内的同位素会产生分馏，这些 作用可能改变大陆气候区“温度效应”或者“高度效应”。 2 0 0 0 2 0 0 3 年，何元庆1 3 2 】等人在海洋型冰川区的玉龙雪山和念青唐古拉山的 桑丹康桑峰，亚大陆型冰川区的天山乌鲁木齐河源，以及极大陆型冰川区的慕士 塔格峰按照海拔高度和冬夏季变化对各个地点积雪和冰雪融水径流进行了系统 采样，分别做了氧同位素测试。结果表明：在以玉龙雪山为代表的海洋型冰川区， 新雪内的6 1 8 0 呈现出显著的时间与空间变化，在冬季表现为“高度效应”，即6 婚0 值随海拔高度升高和气温降低而降低，反映出冬季风降水的特征；而经过融化的 夏季积雪受到“降水量效应”、雪中含水量、蒸发等因素的影响，稳定同位素产生 分馏变化，“高度效应”空间变化比较复杂，反映出夏季风降水的特征，念青唐古 拉山夏季积雪也有相似的特征。在极大陆型冰川分御的慕士塔格山地区和亚大陆 型冰川分布的天山乌鲁木齐河源地区，夏季新雪中6 1 8 0 则表现为“高度效应”或者 “温度效应”。无论在海洋型冰川或者大陆型冰川分布区，经过融化或正在消融的 残余积雪内都有明显的同位素分馏变化，6 噶0 值比新雪高。受蒸发作用的影响，冰 雪融水在流动过程中，6 博0 随海拔高度的降低、流程和流动时间的增加而增加。 由于气候条件的差异，海洋型冰川区冰雪一融水相变过程中的同位素分馏和化学 作用都比大陆型冰川区强。 2 0 0 6 年庞洪喜、何元庆1 3 3 j 等人再次对玉龙雪山冰川区不同海拔高度的表面积 成都理t 大学硕士学何论文 雪、雪坑、冰雪融水以及由冰川融水补给为主的白水河河水进行了系统采样。利 用6 博o 资料，对比分析了冬季和夏季我国典型季风温冰川系统内稳定同位素分馏 行为的差异。分析结果表明，夏季冰川系统内各水体相变过程中稳定同位素分馏 程度均比冬季强烈，显示出夏季季风海洋型冰川强烈消融的特点。另外，不论是冬 季还是夏季，从表面积雪到融水，再到由融水补给的河流，6 1 8 0 垂直变化梯度依次 增大，反映了从固态降雪向冰川融水补给的河流河水转换过程中，稳定同位素分馏 程度逐渐增强，体现了沉积后过程对海洋型冰川区同位素记录的影响具有空间差 异性。 1 3 冰川水文特征 1 3 1 影响冰川消融的主要因素 冰川消融，可分为冰下消融、冰间消融和冰面消融三种。其中以冰面消融为 主要形式。我国冰川消融的热源主要来自太阳辐射，其次为冰面与近地层大气之 间的湍流热交换，冰面径流场的观测资料表明，冰面消融量随辐射平衡值增大而 增大，它们的最大值一般出现在正午以后i l0 。受冰面性质和天气状况的影响，各 地冰川产流和断流时问略有差异。在相同的条件下，决定辐射平衡值大小的是地 表反射率。因此，冰川表明有无表碛或积雪覆盖，以及冰面污化程度如何等，对 冰雪消融有很大影响。 1 3 2 冰川作用区径流的补给来源 径流组成分析表明，冰川作用区径流是由冰川融水径流，积雪融水径流，降 雨和地下水径流混合补给。冰川融水径流包括冰川消融区和粒雪区的融水径流。 夏秋季冰川表面的降雨和裸露山坡降水形成的径流为山区降雨径流补给【l 】。裸露 山坡夏秋季节降水中有7 0 为降雨。对于高海拔地区的闭合小流域，地下水补给 仅仅是上述几种水源的转换而已。 1 3 3 冰川及其径流对气候变化的响应 高晓清【3 4 】等人对冰川变化与气候变化关系进行探讨，理论分析发现百年以上 的冰川进退，基本上决定于温度变化，与降水的关系不大。对1 0 年以内的冰川波 动，其大范围的总体特征亦基本上是决定于温度变化，个别冰川则比较复杂，但在 冰川上部无消融区的物质平衡基本上是决定于降水。 叶柏生【35 】等以天山伊犁河流域为背景，以冰川面积为特征，统计了不同规模 冰川的主要特征值的变化规律，据此用冰川动力学模型模拟不同规模冰川对气候 4 第1 章引言 变暖的响应过程。结果表明，不同规模冰川对气候变化的敏感性有较大差异，冰 川径流变化与气候的变化刃i 不一致。在气候变暖、冰川退缩的过程中，冰川径流 有一个增大的过程，冰川径流的峰值大小和出现时间取决于冰j l i 大小和升温速 率。 由于冰川进退是气候的产物，且落后于气候的变化，因此河流径流量与冰川 进退的关系是比较复杂的，不能因为河流径流量持续几年减少就一概认为是冰川 进退引起的i 。 1 4 海螺沟冰川径流以往研究工作 2 0 0 1 年谢自楚等人【3 6 j 在贡嘎山海螺沟冰川研究的基础上，采用物质平衡计算 方法和水平衡计算法获得了较一致的结果。表明近1 0 a 来物质平衡平均为4 7 0 m m ， 与高亚洲边缘山脉的冰川同样处于强烈的衰退状态。该冰川有很高的物质平衡水 平( 2 5 4 4 m m ) 及水交换水平( 3 8 1 9 m m ) ，液相比例高( 1 3 ) ，较小的稳定性系数( o 2 0 ) ， 具有典型的季风海洋型冰川的水交换特征。由于冰川退缩冰川径流增加。 此后，李伟等人1 37 j 于2 0 0 4 年对海螺沟及黄崩溜沟的径流特征进行了初步探 讨。发现大气降水同是冰川河及黄崩溜沟径流的重要补给来源，故其径流量的季 节变化明显带有大气降水过程的烙印，显得丰、枯分明。在冰川河，冰雪融水和 地下水在枯水季节的稳定补给改变了大气降水对冰川河径流的年内分配过程；在 黄崩溜沟，由于冰雪融水和地下水对其径流的补给非常有限，大气降水过程对其 径流过程的影响便明显大过冰川河。 1 4 1 海螺沟冰川河的径流特征 海螺沟冰川河发源于海螺沟冰川，而冰川水文站则位于冰舌木端的冰川河源 头。冰川河水文断面多年平均流量约7 8 4 m 3 s ，多年平均年径流深达3 0 0 0 m m ， 而根据贡嘎山高山气象站多年的降水观测资料推算得出的冰川河水文断面的多 年平均年径流深大约在2 4 0 0 m m ，后两者在数量上大致相差6 0 0 m m 。由此可以推 断，冰川河径流的补给来源除降水外，冰雪融水和地下水的贡献也比较显著。 成都理一i ：人学硕十学位论文 3 0 2 5 t2 0 蛔1 5 爆 曩l o 斗 丑5 0 i i l ii l ，1 w i y 刷、 i ，一v 、 _ _ - _ - - - _ i - - - - i _ - _ - - - _ i - - - i - - - - - i - - - _ - l - _ - i _ _ i l _ _ l _ l _ - _ - _ _ _ - _ - _ - _ - _ - _ ，_ - _ _ l _ - _ - _ _ - n呻oon 叫on 甘疃on 甘叟 _nnnnnnnn 一 日期( r 1 ) 图1 1海螺沟水文站径流的年内分配( ) 图1 1 可以看出冰川河的枯水期一般为11 月至第二年的3 月，其余时间为丰水 期，而洪水期一般为每年的7 、8 月两个月，最低水位多出现在2 月，最高水位多 出现在7 、8 月；冰川河的春汛一般出现在4 月上旬，主要是气温回升致使冰雪消 融加快，但由于降雨有限，故洪峰较低，而夏汛则由冰川消融水和降雨叠加形成， 洪水期流量较大；冰川河年径流主要分布在雨季的卜9 月，雨季4 个月径流量约 占全年径流量的6 4 8 1 ，且洪水期7 、8 月两个月的径流量已占到全年径流量的 3 79 【3 7 】。 1 4 2 黄崩溜沟的径流特征 黄崩溜沟发源于高山森林区，是非冰川区的代表性流域。其河道比降约3 6 8 ，流域面积7 4 7 l 2 ，其中森林灌丛区5 5 1 k m 2 ，占全流域总面积的7 3 7 6 ，林 线4 2 0 0 m 以上为高山草甸，面积约1 8 0 k m 2 ，流域4 0 0 0 m 以上地区有季节性积雪。 与冰川河不同，黄崩溜沟径流的补给来源主要是大气降水，而冰雪融水和地 下水的贡献较小。黄崩溜沟径流过程基本上是流域降水过程的响应，该地区降水 的较大季节变化直接导致了径流的较大季节变化，使得黄崩溜沟径流年内分配极 不均匀【3 7 1 。 6 第1 章引言 邑 器 丑 钳 容 斌 帮 j u u u i - 饿) o l ll詈 一 阻d l il鱼 5 o o o -jltj i ) o e 3 4 56 78 9 1 0 l ll 1 2 i 8 i o 6 51 3 63 8 才3 3 0 1 1 4 硝1 5 嘎1 1 3 g i l 7 乓i l b 35 | 7 7 2 口1 9 9 0 i - 1 7 1 1 4o 6 2 l o 5 0 | 7 惦1 1 5 日1 1 8 叫1 8 3 i i6 z l o 16 5 ：1 3 8 61 9 9 2 黄崩溜沟的枯水期一般为每年1 一月( 见图1 2 ) ，其余时间为丰水期，而 洪水期一般为每年的仁9 月。最高水位多出现在7 _ 月，最低水位多出现在2 或3 月。在天寒地冻的枯水季节，流域内大气降水、冰雪融水和地下水的补给量都急 剧减少，黄崩溜沟部分河段偶尔还会出现短时间的断流；黄崩溜沟的春汛一般出 现在4 、5 月，主要是气温回升使得流域上部季节性积雪开始消融以及流域内冻土 层逐渐解冻，河道断面流量便随着冰雪融水和地下水的迅速增加而迅速增加，而 夏汛则主要由降雨形成，但由于黄崩溜沟流域繁茂的森林灌丛和发达的高山草甸 ( 森林灌丛和高山草甸的面积占流域总面积的9 7 8 6 ) 的拦蓄效应，使得一方面洪 峰的出现滞后于相应的暴雨过程，另一方面径流过程较之于相应的降雨过程又来 得较为平缓；黄崩溜沟年径流主要分布在雨季的6 至1 0 月，此雨季5 个月径流量约 占全年径流量的7 5 8 5 ，且洪水期7 9 月3 个月的径流量己占到全年径流量的 4 9 8 5 【3 7 】。 1 5 主要研究内容 分冬夏季，早晚不同时段对海螺沟河道( 尽量合理地覆盖径流的源头、干流 和各支流区段) 进行布点采样，并对样品进行氢氧同位素及氚含量的测定。应用 天然水同位素示踪原理，分析各采样点的氢氧同位素组成特征和分布规律，利用 氧同位素资料计算冰川河源头水的组成，并结合氚含量对河道的渗漏区进行示 踪。以氧同位素为示踪主体，主要研究内容如下： ( 1 ) 查明海螺沟河道采样点的氢氧同位素组成的时、空分御规律，编制相 关图件； ( 2 ) 通过源头采样点氧同位素值，计算冬夏季冰川河源头水组成。 ( 3 ) 结合氚含量，对海螺沟径流进行示踪分析。 成都理一t ：人学硕士学位论文 2 1 地理位置概况 第2 章研究区背景 海螺沟地处四川笳地与青藏高原的过渡地带，位于横断山脉最高峰贡嘎山东 坡，属川西南山地区。沟口位于泸定南西，距沪定县城3 2 k m ，距成都3 4 0 k m ( 图2 1 ) 。 它西起贡嘎山麓，东至磨西沟谷( 自西向东至冰川舌延长1 6 l 锄) ，跨越极高山、高山、 中山三个山地地貌单元。由于独特的新构造活动作用，形成了以现代冰川为特色 的，融原始森林、珍稀动物、热泉、雪峰、水景等为一体的景观资源【3 引。 2 2 气候 。省级风景名胜区 。其它t 要风点 图2 1海螺沟地理位置图 按地理纬度和所处海陆位置而论，贡嘎山地区处于亚热带范围。属于亚热带 季风气候。但是，由于青藏高原的隆重起，高耸于对流层中的巨大山岭对流的阻 挡，使大气产生绕流、爬越、热力等作用，从而使大气环流受到影响，并改变了 环流形势，形成了一个独特的气候类型。因此，有人将贡嘎山地区划为青臧高原 或川西高原气候。属于大陆性季风高原型气候。 海螺沟地处亚热带，由于相对高差达6 0 2 0 米之巨。据海拔3 0 0 0 米的三号营地 气象观测资料和泸定县气象站的观测资料推算，求得沟谷内的气温递减率分别 为：年均温0 6 4 l o o 米，1 月均温0 6 0 1 0 0 米，7 月均温0 6 4 1 0 0 米。地形雪 线在海拔4 9 0 0 米左右。现代山谷冰的冰舌向下伸延到海拔2 8 5 0 米处，伸入森林带 幅达7 5 0 米p 圳。 第2 章研究| 又：背景 贡嘎山地区，由于坡向的不同，气候有明显的差异。贡嘎山东坡，即大渡河 与磨西河、阳湾河流经区域。本区主要受东南季j x l 和来自四川瓮地的暖湿气流的 影响，具亚热带季风气候色彩。总的特点是：温度的年较差大、日较差小，雨量 充沛，湿度较大，云雾多、同照少，风小，全年多南风和东南风；西坡，包括西 南坡。西坡主要受西南季风影响，也受高原季风的影响。海洋性气候不明显，具 有气温低及气温同较差和年较差小、只照强烈、降水较多等特点，属于亚热带高 原气候。 2 3 地形地貌特征 贡嘎山地区，在大地构造上，处于青藏板块与扬子板块交接带的西缘。由于 三迭纪晚期的印支运动和白垩纪木至第三纪始新世中期，地史上著名的燕山运动 的最后一幕，使本区由古海中褶皱隆起，从而奠定了贡嘎山地区大地貌的骨架。 随后，由于伴有大规模火山喷发的岩浆侵入的上托作用，到中新世纪末期，贡嘎 山主峰才高耸于群峰之上。在这段沧海桑田的巨变中，相继产生了一组南北向断 裂带和晚一些出现的北西向与北东向两组断裂带。因为这两组断裂的交织，而形 成了南北狭长，状若“会字塔”的菱形断块。这个断块中央最高部位，即今同的贡 嘎山主峰；在这一隆起过程中，在菱形断块的周围，并伴有断陷地带的形成，后 来即发育成河流【4 。 海螺沟在地貌上位于横断山脉最高峰贡嘎山东坡，属于西南山地区，它西起 贡嘎山麓，东至磨西沟谷，白东向西至冰川舌延长约1 6 l 缸，跨越中山( 海拔 1 0 0 0 3 0 0 0 m ) 、高山( 3 0 0 0 5 0 0 0 m ) 、极高山( 5 0 0 0 m ) 三个山地地貌单元，切 割深邃，地势陡峻，岩石破碎。河谷的形成与冰川作用密切相关，是一条冰川谷。 海螺沟在地形上属于中高山区，山体是由变质岩和中酸性混合岩体组成。而 变质岩基本走向与海螺沟流向呈大角度交接，岩体的长轴方向几乎垂直海螺沟流 向。次一级的沟谷短小而急遂，多数是由构造作用而形成的断裂谷，其流向几乎 与变质岩层的走向一致。源头横剖面反映河谷结构的特点是呈槽型，而并非像河 流成因的河谷那样呈“v ”字形。顺河谷向下游沿途见有冰川沉积物，如变形漂砾 马鞍石等。海螺沟河谷纵剖面所示，在海拔3 5 0 0 m 以上的河谷上游高山区段倾 斜 3 8 0 ，中游区段海拔2 0 0 0 3 0 0 0 m 的冰川河源至一营地为7 1 0 0 ，下游区段自一 营地至沟口的海拔高度 2 0 0 0 m ，纵坡为4 5 0 1 4 们。 2 4 地层岩性 贡嘎山区内地层十分复杂，并以贡嘎山的主脊线为界，东、西两面差异极大。 9 成都理j ：人学硕十学位论文 总的特点是：东坡以古生代深度变质岩及古老的岩浆岩为主；西坡主要是中生代 三迭纪浅变质岩类组成。 二迭纪地层是贡嘎山东坡的主要地层。出露的母岩主要为含各种云母的石英 片岩，以及变质砂岩、紫红色板岩、狄岩等。自南而北，岩性变化很大。除二迭 纪地层外，尚有出露不全，分布零星的震旦纪地层。出露有流纹岩、钙质千枚岩、 石英岩和志留纪的钙质板岩、绿泥石片岩等。在本区东南部及康定、冷碛等地， 还有少量岩性变化极大的泥盆纪地层。主要出露灰白色至深灰色块状白云岩、炭 质千枚岩、板岩，在康定一带还可见黑色炭质、硅质绢云母板岩夹千枚岩等岩类。 除上述深度变质岩类外，东坡还有大量的岩浆岩。分布区可以磨西断裂为界，以 东分布着大量的元古代古老的岩浆岩，如斜长花岗岩，石英闪长岩等。而磨西断 裂以西，主要为中生代印支一喜山期之岩浆岩，岩体多沿贡嘎山主脊线东、西两 侧分布。主要出露各种花岗岩、石英闪长岩等。这些岩层，经地质部门实测的绝 对年龄，仅为5 5 0 0 8 0 0 万年之间，而较磨西断裂以东的岩浆岩“年轻”得多。由 于贡嘎山东坡岩性峰硬，故岩石抗风化能力较强1 4 。 贡嘎山的西坡，主要以三迭纪上统地层为主。出露的岩层有灰黑色板岩、砂 岩和少量页岩、泥岩等，并多呈互层。此外，还有部分印支一喜山期的岩浆岩， 如黑云母花岗石和二长花岗岩，仅分布于玉龙溪断陷谷以东至主脊线的狭长地 带，而玉龙溪以西，则绝大部分为三迭纪地层。整个西坡，因为母岩岩性较松软， 故抗风化能力较弱。 海螺沟区内分布地层均已变质，变质岩系主要为泥笳系中统中段( 历) 白 云岩；下二叠统下段( 只- ) 粗晶大理岩，中段( 日2 ) 角闪斜长片岩、斜长石英 片岩夹大理岩，上段( 牟) 大理岩央云母石英片岩；上二叠统( 只) 石英岩、云母 石英片岩、长英片岩、石榴石云母片岩及条带状大理岩。岩浆岩有元古代超基性、 基性、中酸性岩及燕山期斜长花岗质混合岩1 4 0 j ( 图2 2 ) 。 l o 第2 章研究| 又：背景 目5 七：= _ 吸皿e 震嘶 1 添 陀繁 v + 上蠊中 ! lt 口 i m 擎 寻 i 一 1 超朱性岩基件岩2 闪长岩3 石英闪长岩4 斜长花岗质混合岩斜长仡岗岩5 石英岩云母石英岩长英片岩石l i 7 石云母片岩条带状大理岩6 人理岩央云母石英i 岩 7 角闪斜长片岩斜长石英片岩夹人理岩8 白色半h 品人理岩9 白云岩 图2 2 海螺沟流域地质略图 流域内地质构造发育，以走向北西向褶皱断裂为主，其次为走向北东或北北 东向挤压断裂，岩层节理裂隙发育，岩石风化破碎，剥落严重。 2 5 大气降水 贡嘎山地区的大气降水，受控于西南季风、东南季风和西风南支气流。因此， 本区年度中又形成干季和湿季分明的气候特点。每年1 1 月至第二年4 月为干季。 此时，因受青藏高原冷高压和西风南支急流影响，低层大气配合着来自阿拉伯、 巴基斯坦、印度北部热带大陆气团，因此，气候冷、燥，天气晴朗而同照强烈， 同温差大；然而每年5 1 0 月，西风带向北部大陆转移，西南季风与东南季风的 到来，和因受高原加热作用而产生的强大的青藏暖高压之控制，出现雨水增多、 气候湿热，局部地区多雷雨、冰雹、大风的湿季气候。同时，耸入云天的高峰与 岭谷的巨大高差，以及南北走向的山势、不同的坡向等地形因素，也对气候的变 化，有着较大的影响。因而，使贡嘎山地区又形成多种小气候，并导致水热分配 的极大差异。 坡向对降水有明显的影响。降水的总趋势虽然符合自东南向西北逐渐递减的 经向规律性，贡嘎山东坡海拔3 6 0 0 米处( 海螺沟) 年降水量为1 2 5 0 毫米，西 坡海拔3 7 0 0 米处的年降水量为1 1 5 1 毫米。贡嘎山的雨季，在6 月中旬一9 月下 旬，降水集中在六、七、九三个月( 各月降水量均在2 1 0 毫米以上) ，雨季降 水量占全年的7 0 ，冬季( 11 月一2 月) 只有6 。贡嘎山十月份是降水量最少 划 吣，l 叭0 四囫 因团圜 成都理t 大学硕+ 学位论文 的。据分析，贡嘎山的极大降水量地区有两个，海拔北3 5 0 0 _ - 4 0 0 0 米为第一个， 海拔5 0 0 0 米左右为第二个，此处达2 0 0 0 毫米以上【4 2 】。 2 6 地表水系 贡嘎山区内河流有田湾河、磨西河、折多河和湾东沟。田湾河是本区最大的 河流，流域面积1 3 9 4 平方公里，多年平均流量5 8 7 立方米秒。它发源于贡嘎 山西坡，主源莫溪沟，另一源头五圣庙沟，两源汇合后，流经贡嘎山南麓，在界 牌石以下称为田湾河，并于石棉县城上游约4 5 公里处汇入大渡河。其间有莫溪 沟冰川、贡巴冰川、巴王沟冰川、子干沟冰川等的冰雪消融水注入【4 3 1 。 磨西河流域面积9 2 3 平方公里，多年平均流量4 1 0 立方米秒。它位于贡 嘎山东坡，干流大致向东南流经新兴、磨西，于得妥上游约3 公早处注入大渡河。 该河的两条主要支流燕子沟、海螺沟，分别源于燕子沟冰川、海螺沟冰川。 折多河流域面积6 6 9 平方公里，多年平均流量1 9 7 立方米秒。它是大渡 河的二级支流，源于贡嘎山的西北坡，流经康定县城与雅拉河汇合后，在瓦斯注 入大渡河。 湾东沟流域面积仅1 6 5 平方公里，多年平均流量8 4 立方米秒。它源于贡 嘎山主峰的大沟冰川，向东直接流入大渡河。 这些河流的共同特点是：1 属雨水、冰雪消融和地下水混和补给型河流， 年径流变化不大。2 河床狭窄、比降大、水流急、水位变幅大、侵蚀作用强烈， 河床纵断呈阶梯状，河床中常有急滩和瀑御，水能异常丰富。 据初步调查，区内有各类高山湖泊( 冰蚀湖、冰碛湖和堰塞湖) 3 8 个。其 中，最大的人中尾海约一平方公里，小的仅几十平方米。它们的共同特点是：面 积较小，海拔较高，处于降水丰沛、气温低、蒸发小的地带，因而矿化度较低。 由于面积和容积较小，所以调蓄作用不大，对径流情势影响甚微。 贡嘎山地区冰雪区面积近3 6 0 平方公旱，占总面积的9 4 ，储水量估计在 1 8 0 亿立方米以上。冰雪的积累和消融随气候变迁、季节变化而交替出现，这对 本区的径流影响较大。 第3 章天然水的同何素示踪原理 第3 章天然水