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水体蒸发过程中稳定同位素分馏的模拟 总被引：16，自引：3，他引：13
通过对非平衡条件下水体蒸发中稳定同位素分馏机制的分析, 模拟了蒸发水体中稳定同位素比率的变化及与温度、大气湿度的关系. 在瑞利模式中, 剩余水中的稳定同位素随剩余水比例f的减小不断富集, 富集的速率与温度呈反比. 在动力蒸发条件下, 稳定同位素的分馏不仅与相变温度有关, 而且受大气湿度和液-气相之间物质交换的影响. 在动力蒸发过程中, 相对湿度越小, 剩余水中稳定同位素比率随 f的变化越快. 当相对湿度较大时, 在经历了一段时间蒸发后的剩余水中的δ将不随 f变化. 蒸发水体达到稳定状态的速率主要取决于大气的相对湿度. 当温度约20℃时, 在瑞利平衡条件下模拟的蒸发线与全球大气水线较接近. 在非平衡蒸发条件下, 蒸发线的梯度项和常数项与温度和相对湿度呈正比. 相似文献
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气象要素与蒸发密切相关,通过室内外不同气象条件下的器皿水蒸发实验,获得了水面蒸发氢氧稳定同位素分馏因子与气象要素的关系。实验结果表明,随着蒸发的进行,剩余水体中逐渐富集重同位素;自由水体蒸发同位素分馏在垂线上有分层现象,表层水体同位素值比垂线平均的同位素值略富集;不同温度条件下的室内蒸发实验中,温度越高,液-气间分馏系数越小,相应于同一剩余水体体积比,剩余水体稳定同位素值则越低。室外器皿水自由蒸发实验中得出的蒸发线方程斜率较大地偏离了当地降水线,表明实验期间水体蒸发分馏作用较明显。该研究为进一步揭示水体蒸发分馏规律提供了可靠的实验依据。 相似文献
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为研究华北平原衡水地区水体蒸发氢氧同位素分馏特征,采集不同盐度的深层地下淡水(TDS 为0.61g/L)和浅层地下咸水(TDS为7.97g/L),现场开展室外器皿蒸发实验,获得了当地气象条件下氢氧同位素分馏参数.实验结果显示,淡水及咸水剩余表层水δ18O与剩余水比率f呈指数关系,与瑞利分馏模拟结果一致,δD和δ18O蒸发线斜率分别为4.78和4.69.整个蒸发过程中,淡水及咸水氢氧同位素值增量ΔδD分别为Δδ18O的4.82倍和4.76倍;剩余表层水相对于初始水δD和δ18O的变化量与累积蒸发量之比,淡水分别为2.68‰/cm和0.56‰/cm,咸水分别为2.78‰/cm和0.61‰/cm;而在不同的蒸发时段,剩余表层水δD和δ18O的变化量与蒸发量无明显相关性.受水分子扩散的影响,蒸发皿中氢氧同位素分馏在垂线上分层微弱.由于水体盐度较低,在当地气候条件下进行自由蒸发时,氢氧同位素分馏的盐效应可以忽略. 相似文献
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蒸发过程中水体稳定同位素富集与空气湿度的关系 总被引：1，自引：0，他引：1
通过同位素分馏模型的物理意义分析及实验模拟分析,探讨空气湿度对蒸发过程水体稳定同位素富集过程的影响机理,研究认为:1空气相对湿度决定了扩散系数和自由空气同位素组成对分馏系数的影响比例,空气相对湿度越小,分馏系数受扩散分馏系数影响越大,分馏系数受自由空气水汽同位素组成影响则越小,反之亦然;2空气相对湿度与蒸发残余水体氢氧稳定同位素富集程度具有负相关性,即空气湿度越大越不利于残余水体重同位素富集;3模拟残余水体同位素丰度对空气相对湿度的敏感性呈负指数关系。在无外界气态水介入的蒸发实验中,残余系数为0.194条件下,当相对湿度小于80%时,H、O稳定同位素模拟结果对湿度的敏感性均小于0.0002,即相对湿度变化对模拟残余水体同位素丰度影响很小;当湿度大于80%时,湿度变化对模拟结果的影响呈指数关系急剧增加,湿度大于80%的蒸发实验需要准确观测相对湿度值。 相似文献
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介绍了前人提出并被广泛应用的瑞利分馏模型,指出了其优缺点。针对其不足,在作了一定的假定和简化的前提下,基于瑞利分馏原理和水力学基本定律分别推导了:①静止水体的氢氧稳定同位素组成随时间变化的微分方程模型,揭示了静止水体的同位素组成与时间、分馏系数和蒸发率之间的关系;②河道中运动水体的同位素组成随时间和空间变化的微分方程模型,导出了河道运动水体中稳定同位素组成与分馏系数、流速、流量、蒸发率之间的定量关系。最后通过数学推导论述了上述各模型之间的内在联系。上述模型的建立为定量计算和精确模拟运动水体中氢氧稳定同位素组成的变化提供了确定性的数学基础,也为更客观、更充分的解译水的稳定同位素数据提供了帮助。 相似文献
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黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素研究 总被引：20，自引：3，他引：17
根据黑河流域中上游地区取得的降水水样和气象资料,分析了该区域地区降水线和降水中氘盈余分布特征,为同位素技术在黑河流域水循环研究中的应用提供科学依据.结果表明:受降水再次强烈蒸发同位素动力分馏效应影响,地区大气降水线(LMWL)δD=4.1447δ18O-20.6852(‰)的斜率很低,符合干旱区降水线斜率很低的规律.冬秋两个季节降水线的斜率明显高于春夏季节,氢氧同位素的相关性也远高于春夏季节.降水中氘盈余(d)变化幅度较大,呈现山区高平原低和冬季高夏季低的时空分布规律. 相似文献
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北京西山鹫峰地区氢氧稳定同位素特征分析 总被引：4，自引：0，他引：4
以北京西山鹫峰低山区为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水氢氧同位素的变化特征分析,研究低山区的降水-土壤水-泉水的转化关系。研究结果表明:该地区的雨季降水线与北京地区的地区降水线有明显区别,斜率和截距偏小;随降雨的进行氢氧同位素特征有时程变化和降雨量效应,而降雨的时程变化也对土壤水的同位素特征产生了影响;土壤水分同位素分布特征相对集中,蒸发线方程的斜率和截距相对于当地大气降水线和雨季降水线都偏小,栓皮栎混交林土壤水对于小雨量次降雨事件反应不敏感,而侧柏林的土壤水分运动较栓皮栎混交林快,说明林分类型和土壤特性对不同水体之间的转化有影响;泉水的同位素特征比较稳定,主要分布在地区降水线的右下方与雨季降水线的交点附近;不同水体中降雨的δD、δ18O变化范围较大,土壤水次之,泉水变化最小;而沿着大气降水-土壤水-地下水(泉水)这一水循环路径,水体中的δD、δ18O值总体上呈下降趋势。 相似文献
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华北地区大气降水稳定同位素特征与水汽来源 总被引：4，自引：0，他引：4
选取华北地区的包头,石家庄,天津,太原IAEA/WMO/GNIP大气降水的氢氧同位素组成的资料,分析了华北地区降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素.研究表明:华北地区降水中的δ18O值都表现出明显的“夏高冬低”的季风气候特征,夏季表现雨量效应,冬季温度效应明显;华北各地区降水线方程与全国及全球降水线相比,斜率和截距都偏小,揭示了华北地区降水是在非瑞利条件下进行的,并且除天津外,其他地区稳定同位素特征还受到降水过程中局地水汽循环的影响;d值总体表现出冬高夏低的季节变化特征,说明了冬季风和夏季风期间降水的水源区蒸发条件不同. 相似文献
11.
鄂尔多斯高原分布有大量湖泊,湖泊蒸发作为地表水的主要排泄方式,是准确评价水资源的关键均衡项之一。研究湖泊蒸发对于认识区域水循环、水资源评价和湖泊生态环境保护等方面有着重要的现实意义和科学价值。然而该地区对于湖泊蒸发的实测资料有限,大多通过折算法和公式法计算。本次研究在鄂尔多斯高原典型湖泊——木凯淖开展原位试验,通过安置在湖泊中心的蒸发器实测水面蒸发,分析蒸发与气象因素之间的相关性,并将原位湖水蒸发和湖边陆面蒸发皿蒸发以及Penman公式理论值进行对比。研究表明,湖水蒸发受湿度和气温两种因素影响较大;湖泊水面蒸发与湖边陆面小蒸发皿的折算系数约为0.85,较前人研究偏大;湖水蒸发受湖水盐度影响很小,可以忽略;与Penman公式计算结果相比,相关性分析结果较高,在缺乏实测资料时,可通过Penman公式估算湖水蒸发。 相似文献
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针对盐碱化土壤地表蒸发速率研究的不足,以表层土壤为研究对象,采用土壤蒸发试验和数学模型相结合的方法分析了溶质势对地表蒸发速率的影响。结果表明:当土壤中盐分没有沉淀结晶时,溶质势是盐分引起地表蒸发速率降低的主要原因;溶质势越低,蒸发速率下降比例越大,该下降比例与溶质势有近似线性关系,但同时还受到空气温度与相对湿度、土壤温度以及土壤基质势等因素的影响;当表层土壤存在水盐补给时,地表蒸发速率总是变化趋向于水分补给速率,但含盐土壤蒸发速率变化较慢,而且若补给水分中含盐,那么其稳定蒸发速率会低于水分补给速率。 相似文献
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膨胀土的收缩性明显,容易引发边坡与地基开裂,但有关结构性对收缩特性影响的认识甚少。采用收缩自动试验装置,在恒湿恒温条件下对原状膨胀土和重塑膨胀土开展了收缩对比试验和扫描电镜（scanning electron microscope,简称SEM）测试分析,结果表明：与原状土相比,重塑土在土中水流动阶段的蒸发速率较小,蒸汽扩散阶段收缩稳定速率较慢,最终体积收缩应变量更大;重塑土体积收缩−含水率关系曲线的线性段较长,斜率较大,直线段与稳定段之间的过渡不明显,而原状土则反之;重塑土和原状土的收缩特征曲线（soil shrinkage
characteristic curves,简称SSC）在较高含水率段基本重合,随着含水率下降,重塑土的SSC下降更快,对应的含水率范围更宽,最后进入残余−零收缩阶段时,孔隙比明显较小;Chertkov收缩模型适用于原状膨胀土,但不适用于重塑膨胀土。SEM测试结果表明,原状膨胀土较重塑膨胀土具有更强的原生结构性,初始密度与湿度相同情况下,两者颗粒排列、接触方式、胶结状态、孔隙大小与分布特征等微观结构上差异明显,导致蒸发过程中重塑土的水分迁移速率较小、基质吸力较大,是重塑土收缩更剧烈的内在原因。研究结果可为膨胀土边坡的坡面工程防护设计提供参考依据。 相似文献
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从同位素分馏的气-液相界面特征的视角出发,分析自然条件下水面蒸发和降水冷凝的同位素分馏过程存在的差异,分析表明降水氘剩余值产生的直接原因为水面蒸发过程与降水冷凝过程分别遵循动力学分馏与平衡分馏原理,而界面效应是决定蒸发-冷凝过程会否受到动力学过程影响的内因。水面蒸发过程的比界面面积较小,界面效应较大,水分子扩散作用显著,因此,自然条件下水面蒸发过程需要考虑水分子扩散的动力学过程,属于非平衡分馏;相反,降水冷凝过程的比界面面积巨大,界面效应影响很小,分馏基本不受分子扩散分馏影响,降水冷凝过程符合平衡分馏原理。用以上结论作为假设条件,模拟10~40℃从海水蒸发到降水冷凝的水循环过程,模拟结果与全球降水线相吻合,佐证了造成降水氘剩余产生的内在原因为水面蒸发过程与降水冷凝过程的界面效应不同的结论。 相似文献
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Hydrogen and oxygen stable isotope in water bodies is a widely used tracer in hydrological process studies. In order to provide a basis for stable isotopic characteristics in different water bodies at the high mountainous area of northwestern Tibetan Plateau, samples for river water, groundwater, soil water, and plant water were collected from 10 sites in the Qilian Mountains during July and August 2015, and then analyzed for δ18O and δD, respectively. Results indicated that the stable isotope values of soil water were mostly plotted below the global meteoric water line (GMWL), which suggested that evaporation made heavy isotope in soil water enriched. The stable isotope values of soil water were quite different in the top soil layer, but tended to be uniform in the deep soil layer. Furthermore, the stable isotope difference of plant water is related to climatic conditions, water isotopes utilized by plant, plant species, growing season, and so on. Additionally, the variation of δ18O values for river water and groundwater relatively coincided with each other, and this showed the recharge sources of above two water bodies may be consistent. The stable isotope values of river water and groundwater were mainly plotted on the upper left of GMWL, and the lower level of isotopic fractionation due to weak evaporation may accountable for this. 相似文献
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为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数（空气温度、相对湿度和流量）和土壤参数（土壤温度、基质吸力和体积含水量）的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大; 实际蒸发速率呈现3个阶段。 相似文献