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孔彥龍等-JGR:以少勝多——非季風降水主導季風區地下水補給
2019-12-02 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  地下水占全球液態淡水的99%,是人類賴以生存的重要水源,我國660多個城市中,就有400多個城市開采利用地下水。地下水資源遍布于上地殼,時間上又不受季節性幹旱影響,在全球氣候變化背景下,地下水資源的演變及管理對于糧食安全及能源保障具有重要意義。但是由于對降水以及冰川融水入滲補給地下水的機理認識不清,氣候變化對地下水影響的研究一直是個難題。 

  一般而言,一個地區地下水的多少取決于其降水量的豐富程度。那麽降水量大的時候,是否地下水補給量就較高?研究發現,平原區地下水的補給量是降水量與入滲系數的乘積,這間接地對這一問題給出了回答。那麽在山區是否有同樣的結論? 

  青藏高原是亞洲水塔,其冰川水資源關系到數十億人口用水。在近幾十年來氣溫顯著升高的影響下,冰川消融強烈。青藏高原的梅裏雪山的明永冰川末端僅有2600 m,是橫斷山脈海拔最低的冰川之一(圖1),區域內降水季節性差異顯著,爲降水和冰川融水補給地下水機理研究提供了絕佳條件。 

1 青藏高原东南缘梅里雪山位置及采样点分布圖 

  中國科學院地质与地球物理研究所頁岩氣與地質工程院重點實驗室孔彥龍副研究员与中國科學院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室蒲焘博士等开展合作研究,在明永河流域开展了连续降水、河水、冰川融水和地下水稳定同位素监测工作,为期一个水文年,获得1145組氫氧穩定同位素數據。研究發現,該區域的水體同位素呈現與常見現象不符的異常现象(圖2): 1)地下水和冰川融水的點都分布在雨水線左上側; 2)地下水線和冰川融水線的斜率都小于雨水線; 3)地下水和冰川融水的平均值均顯著高于降水加權均值。爲解釋以上現象,他們采用瑞利分餾模型進行定量模擬,發現冰川融水經曆了再凍結過程,而地下水由經曆了再凍結過程的冰川融水和降水的混合形成,致使水同位素呈現以上異常分布特征。他們進一步采用質量守恒方程,計算降水和冰川融水對地下水補給貢獻分別爲46%±22% 54%±22% 

2 不同水体氢氧同位素分布圖

  考虑到明永冰川区季风降水和非季风降水同位素信号差异显著,他们又将补给地下水的降水细分为非季风降水簣D痉缃邓。将冰川融水线与降水线相交发现,交点的同位素值与非季风降水同位素平均值十分相近,结合前人的气象学研究结果,可以认定,明永冰川主要积累于非季风降水。因此,将冰川融水对地下水的补给看作非季风降水对地下水的补给之后,可以得出结论认为:87%±28%的地下水補給來自非季風期的降水,也就是說,盡管非季風期降水量小于季風期降水量,但它主導了地下水補給過程。 

  为佐证同位素的定量分析结果,研究人员进一步分析了区域遥感和水文模型数据,构建了非季风降水主导地下水补给机制的概念模型(圖3):在非季風期,降水以固態爲主,以冰川和積雪的形式累積,而後逐漸融化、入滲補給地下水,地下水位逐步擡升;而季風期,降水以液態爲主,相對較爲集中(大-暴雨),且此時土壤含水量相對較高,地下水位相對較高,入滲補給量有限。 

3 研究區地下水補給概念模型

  研究成果發表于JGR: Atmosphere。(Kong Y L*, Wang K, Pu T*, et al. Nonmonsoon precipitation dominates groundwater recharge beneath a monsoon affected glacier in Tibetan Plateau[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2019, 124(10): 10913-10930. DOI: 10.1029/2019JD030492)(原文鏈接

 
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