Picarro L2120-i/L2140-i（德國(guó)河流穩(wěn)定同位素觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀況）

引言

河水穩(wěn)定同位素(2H, 1?O)組成主要由降水、冰雪融化和徑流成分(如地表流量、地下流量和地下水)的輸入組成決定。根據(jù)當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)域因素，來(lái)自湖泊或地表水結(jié)構(gòu)(水壩、灌溉、渠道等)的影響可能會(huì)通過(guò)蒸發(fā)等方式改變穩(wěn)定的同位素模式。補(bǔ)給高度、補(bǔ)給時(shí)間(季節(jié))、支流的輸運(yùn)特征以及輸運(yùn)過(guò)程中的影響過(guò)程(如蒸發(fā)損失和混合)都對(duì)較大盆地出口的穩(wěn)定同位素模式產(chǎn)生影響。在低流量條件下，河水含有較大比例的地下水，并可能反映相對(duì)緩慢流動(dòng)的水的同位素信號(hào)。除水文和水化學(xué)信息外，在河流站或流域出口收集的同位素信號(hào)還集成了水文過(guò)程和上游條件的現(xiàn)場(chǎng)特征信息，提供了河流水演變的重要信息，是水管理決策所必需的。

自20世紀(jì)60年代初以來(lái)，IAEA/WMO全球降水同位素網(wǎng)絡(luò)(GNIP)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)提供了降水同位素?cái)?shù)據(jù)集。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)于21世紀(jì)初啟動(dòng)了全球河流同位素網(wǎng)絡(luò)(GNIR)。 奧地利、美國(guó)和瑞士等國(guó)家建立了國(guó)家網(wǎng)絡(luò)，并報(bào)告了同位素?cái)?shù)據(jù)。

在德國(guó)，河流中氚的監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)70年代初，由聯(lián)邦水文研究所(BfG)進(jìn)行的連續(xù)河水監(jiān)測(cè)最初是為了監(jiān)測(cè)河水、懸浮物質(zhì)和沉積物中的環(huán)境放射性，但今天這些監(jiān)測(cè)站也監(jiān)測(cè)穩(wěn)定同位素。目前，這個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由50個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，截至2021年底的穩(wěn)定同位素時(shí)間序列至少為4年，有些站長(zhǎng)達(dá)30年。近期德國(guó)的許多其他收集和分析穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)的研究機(jī)構(gòu)發(fā)起了一項(xiàng)倡議，旨在將所有不同的同位素實(shí)驗(yàn)室連接到德國(guó)同位素網(wǎng)絡(luò)(GIN)，以便能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)降水、河流和地下水中的氚和穩(wěn)定同位素。

德國(guó)主要河流流域和GIN河站概況

德國(guó)最大的河流是萊茵河、多瑙河、易北河、奧德拉河、威澤河和埃姆斯河。萊茵河、易北河、威澤河和埃姆斯河流入北海，奧德拉河流入波羅的海，多瑙河流入黑海。所有河流的流量狀況、集水區(qū)大小、集水區(qū)高度和河流長(zhǎng)度各不相同。除降水輸入外，所有這些參數(shù)都間接影響在河水中觀測(cè)到的穩(wěn)定同位素模式。

降水監(jiān)測(cè)站的位置(圓圈，顏色代碼表示負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu))，在德國(guó)同位素網(wǎng)絡(luò)(GIN)和Koblenz-Andernach氣象站和波茨坦氣象站內(nèi)，對(duì)河水(藍(lán)色三角形)連續(xù)采樣和分析同位素(2H, 3H, 1?O)。

不得不提的是，許多運(yùn)河連接著德國(guó)北部和南部的河流流域。盡管運(yùn)河與河水直接交換，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)河對(duì)河流同位素模式的影響是次要的，因?yàn)檫\(yùn)河由水門(mén)隔開(kāi)，通常也由混凝土與地下水隔開(kāi)。沿海站W(wǎng)ilhelmshaven, Helgoland, T?ouml;nning, Travermüuml;nde(所有北海海岸)和Holtenau(波羅的海)也在GIN內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所有這些臺(tái)站，包括Weser盆地出口處的Blexen臺(tái)站和易北河出口處的Wedel臺(tái)站都受到海水的影響，尤其是北海臺(tái)站受到海岸潮汐的影響。

德國(guó)同位素網(wǎng)絡(luò)(GIN)部分河流水采樣站的流域、采樣地點(diǎn)、WMO代碼和坐標(biāo)，以及近似值流域面積(A)、平均流域高度(E)、河流長(zhǎng)度(L)、平均流量(MQ)和采樣周期(T)、分析的樣品數(shù)量(N)，河流水線(RWL)穩(wěn)定同位素均值，具有標(biāo)準(zhǔn)差和回歸參數(shù)。

測(cè)試方法

相關(guān)結(jié)論

在2018年10月至2019年1月底的異常旱季期間，從萊茵河的6個(gè)選定站和易北河流域的5個(gè)站收集每日河水樣本。河水中最主要的穩(wěn)定同位素效應(yīng)是季節(jié)效應(yīng)和海拔效應(yīng)，但也可見(jiàn)大陸效應(yīng)。同位素顯示了萊茵河和多瑙河夏季冰雪融化的影響，以及這些信號(hào)因與支流河流混合而不斷稀釋。在靠近德國(guó)北部海岸的地方，穩(wěn)定的同位素模式反映了海水和潮汐的影響。

(a) δ2H vs. δ1?O的長(zhǎng)期平均值和變異性(以標(biāo)準(zhǔn)偏差給出); (b) δ1?O值與流域平均高程的關(guān)系; (c) D-盈余與德國(guó)大河δ1?O值的關(guān)系。

由于全球倡議計(jì)劃主要依靠國(guó)家網(wǎng)絡(luò)的支持，作者認(rèn)為由國(guó)家或區(qū)域資助和建立的網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的同位素?cái)?shù)據(jù)來(lái)增強(qiáng)我們對(duì)環(huán)境的了解。敦促通過(guò)比較分析性能和共同收集和提供這些重要的測(cè)量數(shù)據(jù)，積極地將所有感興趣的同位素實(shí)驗(yàn)室連接到網(wǎng)絡(luò)中。這將提高分析性能并在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共享樣本數(shù)據(jù)信息，但最重要的是確保在最具代表性的空間分辨率上進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。