[发明专利]基于氢氧同位素的湖泊蒸发量及关键水文信息的计算方法

说明书

本发明提供的基于氢氧同位素的湖泊蒸发量及关键水文信息的计算方法，包括步骤：（1）获取湖泊所处地区的多年平均降水量及多年平均蒸发量，将湖泊作为子流域出口，利用数字高程划分湖泊对应的子流域，估算湖泊及子流域面积；（2）按一定频率采集并测定湖水,降水氢氧同位素丰度和采样时期湖泊表面的气温与相对湿度；（3）提出湖泊的水量平衡方程和同位素质量守恒方程，建立计算模型；（4）模拟计算湖泊蒸发项及湖泊上方水汽的同位素丰度；（5）联立同位素丰度信息及模型方程，计算湖泊的蒸发比例及关键水文信息。本发明为偏远无资料地区的水文生态信息获取与野外监测提供了新方法；其分析结果可信度较高，适用于多种类型的湖泊。

技术领域

本发明属于水文水资源领域，具体地说是涉及基于氢氧同位素构建质量守恒模型来计算湖泊蒸发量和关键水文信息的技术方法。

背景技术

近年来，在各个含水层系统中将水文信息与水同位素质量守恒模型紧密结合成为了研究热点。尤其地，同位素质量守恒模型在理论上十分适合于定量输出湖泊水文信息及水力联系信号。利用氢氧同位素(¹⁸O，²H)构建简单的质量模型可以有效的识别湖泊平衡过程的诸多参数，对于偏远的山区及河源区，水文基础资料相当匮乏，然而这些地区的湖泊水文情况十分关键，控制着区域的水资源环境现状并且影响着未来水文变化情势，因此，寻求合理有效的观测手段来理解区域湖泊水文要素显得十分迫切。

目前，已有一些研究认为，如果能将同位素质量守恒模型应用到这些湖泊的研究中，提出一种有效的一定频率的湖泊同位素采样的方法，构建湖泊水量平衡模型来获取湖泊水文要素现状的方法，将能够解决连续长时间观测不到位，观测手段单一，观测结果不确定性大，精度不够等问题。另外，寻求一种短期快速的湖泊同位素监测甚至一次代表性的同位素采样及分析来高度代表湖泊水文现状特征的技术方法也是巨大的创新与挑战。

对于许多特定湖泊的同位素信息诊断的研究相当缺乏，目前已有的湖泊同位素模型较为单调，对于湖泊输入输出变化，湖泊与周围水汽环境交互作用过于简化，大多停留在定性或半定量估算湖泊蒸发量方面，难以客观全面的展现湖泊在水文循环中扮演的角色及定量作用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供的基于氢氧同位素的湖泊蒸发量及关键水文信息的计算方法，其是基于一种简单高效的湖泊同位素守恒模型，利用湖泊的氢氧同位素特征结合湖泊的水量平衡方程，来反演并解释湖泊的水文情势，定量计算出湖泊参与水文循环的各个要素作用，包括湖泊的输入输出项，蒸发量估算以及湖泊的产水量等关键水文信息，为研究流域的湖泊水文效应提供新的技术方法。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：

基于氢氧同位素的湖泊蒸发量及关键水文信息的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取湖泊所处地区的多年平均降水量p及多年平均蒸发量e，将湖泊作为子流域出口，利用数字高程模型划分湖泊对应的子流域，估算湖泊面积及子流域面积；

步骤2，按一定频率采集湖水、湖泊附近的降水，并测定湖水、降水中氢氧同位素(²H，¹⁸O)丰度及采样时期湖泊表面的气温T、相对湿度h；

步骤3，提出湖泊的水量平衡方程和同位素质量守恒方程，建立计算模型；

步骤4，模拟计算湖泊上方水汽的同位素丰度和湖泊蒸发项；

步骤5，联立步骤2、步骤3以及步骤4的同位素丰度信息及计算模型，计算湖泊的关键水文信息。