基于温度示踪的高寒地区河水与地下水相互作用:以黑河上游流域为例

高寒地区是世界众多大型河流的源区,了解区内河水与地下水的相互作用对流域水资源科学管理具有重要意义。因广泛发育多年冻土,高寒地区河床底部局部融区的形成和动态变化控制着河水与地下水的转换,导致两者间水力关系的复杂性和特殊性。受观测条件限制,目前高寒地区河水与地下水相互作用的研究极少,少量已有研究也多采用同位素和水化学示踪方法,成本高且精度低。采用观测成本更低但精度与密度更高的温度信号作为示踪剂,以量化河水和地下水之间的交换;利用垂向一维瞬态热运移解析模型,定量计算不同深度处河水与地下水的交换流速;利用分布式测温光纤系统的观测结果,分析河水与地下水相互作用的时空动态变化特征。研究结果表明:高寒地区河水与地下水的交换存在强烈的时空差异,季节与气候的转换对河水与地下水的交换量起着控制作用,甚至能够改变河水与地下水的交换方向,河水与地下水的交换量随着冻土活动层加深而增加。温度示踪方法适用于高寒冻土区河水与地下水相互作用研究,2种温度示踪方法的联合使用可有效提高研究精度与准确性,为缺乏基础水文地质数据的高寒地区提供一种可行的研究思路。

青藏铁路沿线的河流融区

本文通过对青藏铁路沿线长江河源各个分支河流融区分布特征的归纳 ,总结了河流融区的分布规律 ,分析了影响河流融区发生、发展及其分布特征的主要因素。

长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征

沱沱河流域是长江的发源地之一,其广泛分布的多年冻土对长江源区的产汇流过程、生态系统乃至于区域气候都有着重要影响,对该区域多年冻土分布和特征的调查和了解,可为研究江河源区多年冻土与气候、水文、生态的相互作用关系提供基础数据支撑。2020年10—11月,研究团队对沱沱河源区的多年冻土开展了为期50天的野外调查工作,并在不同下垫面类型、不同地貌部位和不同海拔高度共布设钻孔32个,总钻进深度1200 m。该文是基于钻孔和探坑资料对沱沱河源区多年冻土特征和地下冰发育状况的初步总结。结果显示,沱沱河源区多年冻土在一定程度上受河流和地热影响形成了局部融区,其多年冻土下界大致在4650~4680 m之间;钻孔揭示的多年冻土上限平均埋藏深度为(2.47±0.98)m,部分地区存在融化夹层;受浅表层沉积物岩性和地热的影响,多年冻土下限埋藏深度相对较浅,平均为19.3 m,多年冻土相对较薄,平均厚度为15.0 m;多年冻土下限深度和多年冻土的厚度最大为75.0 m和72.7 m;地形地貌、沉积物特征和地热条件是影响多年冻土厚度存在较大空间差异的主要原因。研究区内地下冰主要分布于15.0 m深度以上范围内,同时也发现了处于萎缩状态的冰核丘与石质冻胀丘,这些现象也一定程度上与该研究区多年冻土退化过程有关。

气候变暖背景下沱沱河盆地多年冻土与融区地温过程研究

沱沱河盆地地处青藏高原腹地,区内多年冻土与融区分布复杂。多年冻土与融区的分布及其变化是冻土学研究的重要内容,同时对于居民生产、生活以及工程建设选址具有重要的意义。基于20世纪80年代已有研究中对沱沱河盆地多年冻土和融区的分区,利用北岸青藏铁路沿线5个钻孔(N1~N5)和南岸一级阶地5个钻孔(S1~S5)的地温观测数据,研究了沱沱河南北岸多年冻土与融区的地温及其变化过程。结果表明,在区域气候暖湿化背景下,北岸多年冻土、融区经历了显著的升温退化过程。自2005—2020年,N1孔位的多年冻土经历了显著的下引式退化过程,从极高温不稳定冻土已退化为融区。2005—2013年期间,融区内年平均地温升温速率为0.3~0.4℃·(10a)^(-1)。南岸自一级阶地至开心岭山前缓坡既有贯穿型也有非贯穿型融区的发育,融区的发育与河流与渗透-辐射机制以及冻结层上水发育有关。通过对盆地内10个钻孔的地温以及近20a的时间变化过程分析,加深了沱沱河盆地多年冻土与融区空间分布及其变化的认识。从盆地内多年冻土与融区的制图角度和工程建设需求出发,未来仍需要开展多手段现场勘察工作及对融区发育机制方面的深入研究。

三江源地区湖塘变化及其与多年冻土联系

近年来,青藏高原湖泊的快速扩张引起广泛关注,已有不少研究系统分析了大于1 km^(2)的大型湖泊的变化动态,但对于面积较小的由于多年冻土退化形成的热融湖塘,其在大范围流域尺度上的分布及变化研究尚不多见。论文基于光学和雷达影像,系统分析了三江源区内湖塘(<1 km^(2))分布及其变化,以及与多年冻土之间的联系,并且首次揭示了湖塘底部融区的分布情况。结果表明:(1)三江源区2020年代(2020—2022年)的湖塘面积达917.03 km^(2),湖塘总数为61608个。其中长江源区湖塘数量最多,达到48987个,黄河源区12459个,澜沧江源区最少。(2)相较于1960年代,2020年代三江源区域面积小于1 km^(2)湖塘数量增加了76%,面积增加了13%。长江源区湖塘扩张明显,黄河源区、澜沧江源区的部分湖塘萎缩。1960年代的湖塘有53%在2020年代依然存在。(3)三江源区80.9%的湖塘底部冬季存在融区,其中长江源有78.2%,黄河源有90.8%,澜沧江源有98.7%。在多年冻土区,有一半底部有融区的湖塘在1960年代就已存在,新增湖塘底部冬季较少存在融区,目前浮冰湖塘范围要远大于触底冰湖塘范围,可能会进一步加速多年冻土融化。研究结果可为分析多年冻土退化状态以及多年冻土退化与热融湖塘发育之间的联系提供基础,为高原地区热融湖塘碳排放研究提供基础数据。