摘要
由于青藏高原平均气温的逐渐升高，以及人为活动的加剧，青藏高原多年冻土呈现不断退化的趋势，具体表现为多年冻土层厚度变小甚至是消失、多年冻土层上限下移等。在多年冻土层不断退化的过程中，伴随着一系列地质环境变化，其中最为典型的是热喀斯特湖的发育。热喀斯特湖对青藏高原的生态系统、陆地与大气中的碳循环有着重要的影响。因此，通过查阅相关文献，选取2019年研究区活动层消融到重新冻结的四个节点，对青藏高原北麓河地区的典型热喀斯特湖水和地下水进行四次取样，每次取样包括15个湖水样和9个地下水样，测定水样中的水化学组分和同位素含量。采用水文地球化学和数理统计相结合的方法，分析了活动层冻融过程中研究区湖水和地下水中的水化学组分变化原因和氢氧稳定同位素变化原因，定量计算了不同阶段湖泊的蒸发量和地下水流入量之比。初步掌握了活动层冻融过程中热喀斯特湖的水文地球化学过程，为后续研究热喀斯特湖的水文学效应奠定一定基础。本文取得的研究成果如下： (1 )在活动层融化到冻结的不同阶段，北部湖泊的湖水的化学类型主要为HCO3·Cl－Na·Ca·Mg或Cl·HCO3－Na·Mg，研究区中部和南部的湖泊的水化学类型主要为Cl－Na·Mg。在活动层融化初期到后期，研究区地下水的水化学类型主要为HCO3·Cl－Na·Ca·Mg，研究区的地下水的水化学类型在活动层冻结期逐渐转化为Cl·HCO3－Na·Ca·Mg。 (2)在活动层融化到冻结的不同阶段，研究区湖泊和地下水的水化学组分同时受到蒸发浓缩作用和岩石风化作用的影响。 (3)湖水和地下水的主要离子比例系数表明了Na+、Cl-可能与岩盐的溶解有关、Ca2+、Mg2+可能与白云石的溶解有关。湖水和地下水中相关矿物的饱和指数也表明，在活动层融化到冻结的不同阶段，白云石和方解石控制着研究区水化学的相关组分。而盐岩未达到饱和状态，说明研究区的土壤岩层中的岩盐已经完全溶解。 (4)湖底水生植物的光合作用是引起湖水中pH、HCO3-、CO32-、Ca2+、Mg2+浓度变化的主要因素。大气降水、蒸发作用以及活动层的冻结脱盐作用是引起Na+、Cl-浓度变化的主要因素。活动层融化初期到后期的过程中，土壤中微生物的呼吸作用产生的CO2和活动层融化释放的CO2增加了地下水对方解石、白云石的溶解度。活动层融化后期到冻结期，微生物的呼吸作用几乎停滞，地下水中HCO3-能够和Ca2+、Mg2+反应产生CaCO3和MgCa(CO3)2沉淀，这是地下水中HCO3-浓度在活动层冻结期降低的主要原因，而其他离子在活动层冻结期升高则是活动层冻结脱盐的影响。 (5)连续的降水因素可能是导致8月份大气降水中δD和δ18O低于6月份的主要原因；湖水和地下水中的δD和δ18O波动主要受地下水的径流作用、温度和蒸发的影响。 (6)在活动层融化到冻结的不同阶段，湖泊的E/I(湖泊的蒸发量/地下水的流入量)存在较大差异，在活动层融化的中后期，湖泊的E/I达到最大，即湖泊的蒸发量与地下水的流入量之比达到最大；在活动层融化初期或冻结期，湖泊的E/I变小，地下水对湖泊的补给量减少，这也说明了活动层的冻融作用对地下水径流作用的影响。
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