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LI-2100 | 冻融过程驱动高寒河流径流来源与输送路径转变

日期: 2026-06-22
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LI-2100 | 冻融过程驱动高寒河流径流来源与输送路径转变

研究背景

全球变暖正在加速高寒地区冻土退化,也在改变河流的来水方式。青藏高原是世界上最大、海拔最高的多年冻土区,也是众多河流的重要源区。随着冻土活动层加深、季节性冻融过程增强,地表水、土壤水和地下水之间的联系被重新塑造,河流径流来源也随之发生变化。已有研究表明,降水、融雪水、土壤水和地下水是高寒河流的主要补给来源。但在冻融交替过程中,这些水源如何进入河道?不同阶段由谁主导补给?哪一层土壤水贡献更大?这些问题仍缺乏清晰的定量认识。

近日,北京师范大学李小雁老师团队以青海湖流域最大的入湖河流——布哈河流域为对象,结合氢氧稳定同位素、水文气象观测和MixSIAR混合模型,系统解析了冻融过程中高寒河流径流来源组成及其输送路径变化,为理解气候变暖背景下高寒流域水循环响应提供了新的证据。

LI-2100 | 冻融过程驱动高寒河流径流来源与输送路径转变

 图1.图(a)、(b)和(c)分别展示了QTP和QLB的位置,以及BRB内采样点的空间分布和多年冻土的分布情况。

研究方法

研究区位于青海湖最大的入湖河流——布哈河流域。研究团队建立了系统的水文观测网络,结合2024年水文气象观测数据,并在2025年5——10月采集降水、河水、地下水及0–90 cm之间三个分层土壤水样品。通过测定δ²H和δ¹⁸O稳定同位素,并引入MixSIAR贝叶斯混合模型,定量解析了不同水源对河流径流的贡献比例;

冻融期划分依据日尺度的气温和地温:

融化期:日最高气温和土壤温度 > 0℃;

融通期:日最低气温和土壤温度 > 0℃;

冻结期:日最低气温和土壤温度 < 0℃;

研究团队在土壤水同位素分析前,采用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统(北京理加联合科技有限公司)对土壤样品中的水分进行提取。该系统基于低温真空蒸馏原理,可在密闭且稳定的条件下高效提取土壤水,有效降低提取过程中蒸发分馏对δ²H和δ¹⁸O测定结果的影响,为后续径流来源解析及水分运移路径识别提供可靠的样品基础。

LI-2100 | 冻融过程驱动高寒河流径流来源与输送路径转变 

图2.BRB中径流源的比例(a、b:融化;c、d:融化;e、f:冻结)。

LI-2100 | 冻融过程驱动高寒河流径流来源与输送路径转变 

图3.BRB地区融冻期及解冻期降雨和融雪水对土壤水分的贡献(上图:融冻期;下图:解冻期)。

 LI-2100 | 冻融过程驱动高寒河流径流来源与输送路径转变

图4.冻融过程中径流补给的概念图。

研究结果

降雨是土壤水的主要来源,融雪为次要来源;

深层土壤水是高寒河流径流的重要补给来源;

冻融过程促进地表水—地下水交换,冻结期地下水补给达到最高;

上游多年冻土区与下游季节冻土区存在差异;

冻融过程改变的不只是水量,更重塑了水进入河流的路径;

结语

冻融过程并不是简单地让冻土中的水融化出来,而是在不断改变高寒流域中水的来源、连接方式和输送路径。该研究表明,随着活动层融化加深,深层土壤水和地下水在河流补给中的作用更加突出,尤其在冻结期,地下水成为维持河流基流的重要来源。这也提示我们,在气候变暖背景下,理解青藏高原河流径流变化,不能只关注降水和融雪,还需要把冻融过程、深层土壤水以及地表水—地下水交换纳入整体水循环框架中。未来,结合长期定位观测、同位素示踪和水文模型,将有助于更准确地预测高寒流域水资源变化及其生态影响。

发表期刊:Catena【影响因子:5.7】

研究单位:北京师范大学

研究地点:青海湖布哈河流域

使用设备:LI-2100全自动真空冷凝抽提系统

DOI:https://doi.org/10.1016/j.catena.2026.110230


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