雅鲁藏布江流域水体物质来源与环境意义

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河流是全球海陆物质与能量交换的重要通道,河流水化学研究是水环境评价的重要内容。青藏高原被誉为世界“第三极”,也被称为“亚洲水塔”,是亚洲众多水系的发源地,为高原及其周边地区人口提供生活与生产用水。受全球气候变化的影响,青藏高原水资源与水环境受到显著影响,如冰川退缩和河流径流量增加导致区域水循环加强从而促使流域内水体物质和元素循环增强。雅鲁藏布江是西藏重要的水资源,其地跨不同的气候带和地质分区,地理环境差异显著。本研究以雅鲁藏布江及其主要支流为研究对象,获取河水主要理化参数的特征,并分析主要离子的时空差异特征,以探讨河水溶解质的来源与成因,进而估算流域内河水离子组成的相对贡献、岩石风化速率与大气CO2消耗速率,流域侵蚀速率和侵蚀量。得出以下结论:  1.雅鲁藏布江水化学存在明显的季节与空间差异。丰水期时干流的水化学类型为Ca2+-HCO3-型,而枯水期为Ca2+-Na+-HCO3-型。Ca2+和HCO3-离子浓度表现为丰水期高,其余离子为枯水期高。枯水期除了受支流影响较大的河段外,离子浓度从上游向下游逐渐递减,而丰水期离子浓度均表现为中游高于两端的特点。在整个流域内,TDS浓度的变化范围46-637mg/L,而干流河水TDS变化范围为135-259mg/L,该流域河水溶解质输送通量为12×109kg yr-1。Ca2+和HCO3-分别占总离子(摩尔质量)的59±6%和73±12%(丰水期),47±11%和65±17%(枯水期),河水中Na+、Mg2+、K+和Cl-浓度在枯水期显著增加(Na+>Cl->M92+≈K+)。在整个流域内,河水中Ca2+、HCO3-和SO42-在丰水期和枯水期空间变化特征较为一致,而Na+、K+和Cl-的空间变化特征较为一致。  2.根据Gibbs图解、Pipper图解和相关分析法得出,雅鲁藏布江流域河流水化学组成主要受碳酸盐岩风化作用控制,蒸发盐岩溶解和硅酸盐岩风化产物输入对河水化学组成的影响较小。根据定量分析法得出,该流域内大气降水化学成分对河水化学组成的影响从上游至下游逐渐增加。在整个流域内,河水溶解质来自硅酸盐岩、碳酸盐岩和蒸发盐岩产物的输入为20±9%(5-54%)、50±12%(5-77%)和23±10%(2-65%)。在丰水期,干流河水中溶解质来自硅酸盐岩和碳酸盐岩的相对贡献为17±2%和60±3%。在枯水期,干流河水中溶解质来自硅酸盐岩和碳酸盐岩的相对贡献为26±5%和44±6%。  3.雅鲁藏布江河水中含沙量低,河水的含沙量丰水期(106mg/L)比枯水期(19mg/L)高一个量级,说明高径流量加大了流水作用引起较高的含沙量。雅鲁藏布江流域年内平均化学侵蚀速率(64.37t km-2yr-1)高于物理侵蚀速率(19.39tkm-2yr-1),在枯水期化学侵蚀速率是物理侵蚀速率的约10倍,在丰水期时二者差异小。流域化学侵蚀和物理侵蚀存在显著的季节差异,丰水期的化学侵蚀速率和物理侵蚀速率分别是枯水期的约9倍和47倍。雅鲁藏布江流域具有较低SWR(3.56t km-2yr-1)和CWR(7.17t km-2yr-1),且其有显著的季节差异,丰水期流域SWR和CWR分别为0.68t km-2month-1和1.99t krm-2month-1,枯水期流域SWR和CWR分别为0.12t km-2month-1和0.17t km-2month-1。  4.以青藏高原及其周围的河流水化学对比,发现在青藏高原-喜马拉雅水系的硅酸盐岩风化速率具有显著的空间差异。降水和径流深对硅酸盐岩风化速率的影响显著,地形和气温对其影响不显著。雅鲁藏布江流域岩石风化消耗的CO2量高于青藏高原东部和东南部,低于喜马拉雅南部的河流。雅鲁藏布江流域岩石风化的CO2总消耗量为111×109mol yr-1,占全球硅酸盐岩和碳酸盐岩风化消耗的CO2量的0.4%和0.7%,但是单位面积的消耗总量(5.8×105mol km2yr-1)是全球岩石风化大气CO2消耗总量(2.46×105mol km2yr-1)的2倍,说明该流域有较高的CO2消耗量,是全球大气二氧化碳重要的汇,在调节气候变化中具有重要作用。
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