基于同位素技術(shù)的寒區(qū)融雪徑流分割研究進(jìn)展

王潤(rùn)蒲，戴長(zhǎng)雷，陳 蕾

(1.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué)中俄寒區(qū)水文和水利工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080)

水中的同位素被稱為水的“指紋”，具有很強(qiáng)的標(biāo)識(shí)作用[1]。從20世紀(jì)50年代起, 同位素技術(shù)首先由英美學(xué)者應(yīng)用于測(cè)定大氣降水中氫氧同位素的組成，研究效果相較于常規(guī)方法極為理想。該技術(shù)一經(jīng)推廣，得到我國(guó)水文學(xué)者的普遍關(guān)注。目前, 同位素水文學(xué)理論已廣泛應(yīng)用于水文、水資源及環(huán)境地質(zhì)等諸多領(lǐng)域, 其研究方法也日臻完善[2]。近70年來(lái)，同位素技術(shù)在研究大氣降水、降水徑流、地下水、徑流分割等問(wèn)題上有著常規(guī)方法不可比擬的作用。相較于常規(guī)的水文測(cè)驗(yàn)方法，同位素技術(shù)可以收集到大量常規(guī)方法難以收集到的細(xì)微之處的有效信息，對(duì)常規(guī)測(cè)驗(yàn)方法起到了極大的補(bǔ)充。

黑龍江省是典型的季節(jié)性凍土區(qū)，冬季積雪是該地區(qū)的典型特性之一[3]。在積雪融凍期間形成的融雪徑流既是一種可利用的資源，也是造成春季洪澇災(zāi)害的主要原因之一。因此，對(duì)融雪徑流分割的研究對(duì)寒區(qū)春季產(chǎn)匯流過(guò)程、農(nóng)業(yè)灌溉、防洪減災(zāi)等方面都起著至關(guān)重要的作用。常規(guī)的測(cè)驗(yàn)方法由于寒區(qū)面積大而廣、氣溫極低等因素的影響，在研究寒區(qū)融雪徑流分割的效果不甚理想，而同位素技術(shù)由于氫氧同位素的穩(wěn)定性和保守性，對(duì)于寒區(qū)水文過(guò)程的研究有著獨(dú)到之處，已經(jīng)取得了一系列的研究成果。

1 同位素水文學(xué)研究進(jìn)展

1.1 大氣降水

同位素水文學(xué)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)50年代初，首先由英美學(xué)者開(kāi)展了對(duì)大氣降水中的穩(wěn)定同位素研究[4]，隨后在國(guó)際原子能組織 (IAEA) 和國(guó)際科教聯(lián)組織 (IHD)的大力推動(dòng)下，開(kāi)展組織了大范圍的取樣工作，建立了全球范圍內(nèi)的穩(wěn)定性同位素調(diào)查項(xiàng)目(GNIP)，在全球范圍內(nèi)建立了100多個(gè)降水穩(wěn)定同位素觀測(cè)點(diǎn)[4]。

Craig[5]在研究降水時(shí)，發(fā)現(xiàn)了北美地區(qū)的大氣降水過(guò)程中的環(huán)境同位素呈線性關(guān)系，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析提出了全球大氣降水線(GMWL)方程見(jiàn)式(1)：

δD=8δ18O +10

(1)

式中：δD為2H的穩(wěn)定同位素組成;δ18O代表18O的穩(wěn)定同位素組成。截距代表著全球大氣降水的均值，若截距大于10，則代表該地區(qū)的同位素分餾效應(yīng)較為明顯，若截距小于10，則代表該地區(qū)在大氣降水過(guò)程中受蒸發(fā)左右較為明顯。全球大氣降水線在不同的地區(qū)受下墊面的影響會(huì)有所不同，并且其斜率和截距的關(guān)系也能較好地反映其水文循環(huán)過(guò)程。如在黑河流域等典型干旱區(qū)，其降水線斜率就較低[6]，若降水過(guò)程遭受了一定程度的蒸發(fā)，其斜率和截距就會(huì)偏小[7]。這都反映了大氣降水過(guò)程線在某種程度上和地區(qū)發(fā)生的降水以及蒸發(fā)過(guò)程、不同季節(jié)水汽補(bǔ)給來(lái)源是息息相關(guān)的。

國(guó)內(nèi)對(duì)于同位素的研究略遲于國(guó)外，始于20世紀(jì)50年代末，70年代開(kāi)始得到我國(guó)學(xué)者的普遍關(guān)注，在80—90年代我國(guó)學(xué)者開(kāi)展了一系列對(duì)于環(huán)境同位素的研究[8]。對(duì)降水中的同位素進(jìn)行測(cè)量始于我國(guó)西藏南部珠穆朗瑪峰的科學(xué)考察，并首次對(duì)同位素的高程效應(yīng)、年齡效應(yīng)、冰川縱剖面中的同位素組成以及高原湖中的同位素濃度進(jìn)行了討論[9]。鄭淑慧等收集并分析了北京、南京、廣州、昆明、武漢、西安、拉薩和烏魯木齊八地降水中氫氧穩(wěn)定同位素的組成，據(jù)此初步總結(jié)了我國(guó)的大氣降水過(guò)程線，并討論了降水量、氣溫等因素與降水同位素成分組成變化的相互影響[10]。

1.2 降水徑流

降水徑流是水文循環(huán)過(guò)程中極為重要的一環(huán)，主要研究降水量、徑流量及其時(shí)程分配問(wèn)題[1]。顧慰祖[11]對(duì)環(huán)境同位素法劃分兩種徑流成分的基本假定進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，在Sklash等[12]歸納的5項(xiàng)基本假定上進(jìn)行了補(bǔ)充，并對(duì)假定的真?zhèn)涡赃M(jìn)行了甄別。顧慰祖等[13-14]利用環(huán)境同位素2H和18O對(duì)滁州實(shí)驗(yàn)集水區(qū)進(jìn)行降雨和徑流響應(yīng)的研究，對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)外被視為公理的天然流域地面徑流必源于本次降水的概念提出質(zhì)疑。此后，顧慰祖[15]由水文實(shí)驗(yàn)結(jié)合環(huán)境同位素識(shí)別得到的11種產(chǎn)流方式，只有少數(shù)遵循或在某種條件下遵循達(dá)西定律, 其余大都為非達(dá)西水流且涉及水流通過(guò)水-氣界面的特殊土壤水問(wèn)題。這些質(zhì)疑使得當(dāng)時(shí)的水文學(xué)家不得不重新對(duì)現(xiàn)有降雨徑流關(guān)系進(jìn)行認(rèn)識(shí)。顧慰祖等[16]利用Na+、K+、Cl-等離子研究水化學(xué)在降雨徑流示蹤的作用，并認(rèn)為降雨雖然不是導(dǎo)致流域內(nèi)徑流水化學(xué)離子濃度增減的輸出源，但是卻可以控制其濃度的變化。

陳學(xué)秋等[17]對(duì)2015—2016年內(nèi)和睦橋流域發(fā)生的四場(chǎng)降雨進(jìn)行研究，通過(guò)測(cè)定18O的含量變化來(lái)量化降雨在流域出口斷面徑流的不同水體的貢獻(xiàn)比例，重點(diǎn)考慮不同初始流量和前期土壤含水量?jī)蓚€(gè)因素對(duì)于流域流量過(guò)程線劃分的影響，證實(shí)前期土壤含水量對(duì)事件水比例的影響雖然復(fù)雜多變，但總體上還是遵循前期土壤含水量高，事件水比例就會(huì)降低的大趨勢(shì)。

1.3 地下水

環(huán)境或人工同位素在研究地下水補(bǔ)給源來(lái)源、地表水與地下水相互作用及轉(zhuǎn)換數(shù)量方面有其獨(dú)到之處，目前在地下水領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用[1]。

滿開(kāi)言[18]對(duì)黃石西湖區(qū)地下水的補(bǔ)排關(guān)系與徑流形成機(jī)理進(jìn)行研究，利用氫氧同位素在分析過(guò)程中得到了較為理想的結(jié)果，用實(shí)踐證明了利用同位素對(duì)地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，是較為客觀公正的。宋獻(xiàn)方等[19]以環(huán)境同位素為示蹤劑，對(duì)懷沙河流域的地表水與地下水的相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行研究，得出了該地區(qū)的地表水與地下水對(duì)徑流的貢獻(xiàn)比例，并且根據(jù)氫氧同位素在空間上的差異性，推測(cè)出該流域地下水與地表水的循環(huán)差異性。楊淇越等[20]對(duì)錫林河流域地表水與地下水采樣，并用同位素技術(shù)進(jìn)行分析，得出該地區(qū)地下水與地表水時(shí)空變化特征，證明了δ18O值沿程增加是由于地下水補(bǔ)給和河水蒸發(fā)的共同影響。

仝曉霞等[21]根據(jù)Dansgoard氘盈余理論，對(duì)中國(guó)4個(gè)典型研究區(qū)的大氣降水、地表水、冰雪融水、地下水的氫氧同位素組成進(jìn)行了研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以識(shí)別地下水的補(bǔ)給來(lái)源，甚至可以具體到區(qū)分不同含水層地下水的補(bǔ)給來(lái)源。

韓知明等[22]通過(guò)對(duì)克魯倫河流域下游河水與地下水的主要離子水化學(xué)與氫氧同位素進(jìn)行分析，得到了克魯倫河河水和地下水的水化學(xué)類型，其河水主要離子濃度與氫氧同位素空間分布特征較地下水穩(wěn)定，證實(shí)了該流域內(nèi)地下水與地表水主要來(lái)自于降水補(bǔ)給，地下水也是該流域的主要補(bǔ)給源。

1.4 其他方面

此外，環(huán)境同位素還被廣泛應(yīng)用于高寒區(qū)冰川融雪徑流、地下水年齡測(cè)定、古洪水推測(cè)、基流分割、生態(tài)水文學(xué)等方面。

2 同位素技術(shù)在寒區(qū)的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展尤其是同位素分析技術(shù)的興起，基于同位素對(duì)各種水文現(xiàn)象進(jìn)行分析的熱潮也隨之來(lái)臨。寒區(qū)由于地理上的特殊性和地質(zhì)上的復(fù)雜性,使用傳統(tǒng)方法可能存在工作面積和工作難度大,工作基礎(chǔ)薄弱的局限[23]。融雪產(chǎn)流作為寒區(qū)最具特色的產(chǎn)流過(guò)程，受低溫、積雪、凍融以及施測(cè)難度等因素的影響，使用傳統(tǒng)方法所取得的數(shù)據(jù)不甚理想，使得該地區(qū)水文循環(huán)的研究過(guò)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于非凍融地區(qū)[24]。在水文過(guò)程中影響氫氧同位素組成變化的主要因素有不同組分的水源產(chǎn)生混合，以及由蒸發(fā)引起的瑞利分餾效應(yīng)等。在寒區(qū)的極端氣候下，三水轉(zhuǎn)換的頻發(fā)對(duì)該效應(yīng)有著巨大影響，所以在研究寒區(qū)流域的產(chǎn)流過(guò)程時(shí)，不同組分的水體中的氫氧同位素存在著巨大的差異，這就為將河水劃分為不同組分的來(lái)源，如融雪水、降水和地下水，提供了便利，從而通過(guò)測(cè)定其氫氧同位素的組成即可得到水源各個(gè)組分的補(bǔ)給組成比例。近年來(lái), 同位素技術(shù)作為一種新技術(shù)在寒區(qū)得到越來(lái)越廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。

2.1 寒區(qū)降水

相較于常規(guī)地區(qū)，研究寒區(qū)水文過(guò)程的難點(diǎn)主要在于環(huán)境極端、工作難度大、環(huán)境復(fù)雜等情況，而使用環(huán)境同位素則大大避免了這些方面存在的困難。

張應(yīng)華等[6]根據(jù)黑河流域中上游地區(qū)的水文資料,利用環(huán)境同位素得出該地區(qū)的降水線，符合該地區(qū)干旱的氣候特征，其降水中的氘盈余分布規(guī)律，也呈現(xiàn)山區(qū)高平原低和冬季高夏季低的時(shí)空分布規(guī)律。章新平等[25]對(duì)青藏高原及其毗鄰地區(qū)降水中穩(wěn)定同位素成分的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，在時(shí)間變化上，在青藏高原南部和南亞的取樣數(shù)據(jù)中不存在溫室效應(yīng)，而在青藏高原中、北部和我國(guó)西北地區(qū)，存在著顯著的溫室效應(yīng)。在空間變化上，該地區(qū)的大氣降水過(guò)程線與全球大氣降水過(guò)程線有較好的擬合性。李宗省[26]通過(guò)長(zhǎng)期的野外觀測(cè)、水樣采集，對(duì)石羊河流域構(gòu)建了基于穩(wěn)定同位素示蹤的水汽再循環(huán)量化模型，通過(guò)計(jì)算定量確定了生長(zhǎng)季水汽再循環(huán)對(duì)流域尺度降水的貢獻(xiàn)量。李杰彪等[27]對(duì)甘肅北山地區(qū)通過(guò)同位素技術(shù)建立的大氣降水線，表明了其降水過(guò)程受到二次蒸發(fā)的影響。

2.2 寒區(qū)徑流分割

融雪徑流是寒區(qū)春季最重要的水文過(guò)程之一，其特性及影響因素對(duì)于寒區(qū)春季產(chǎn)匯流過(guò)程、農(nóng)業(yè)灌溉及地下水模擬與利用等方面的研究都起到至關(guān)重要的作用[28]。但由于寒區(qū)極端氣溫、冰雪凍融的復(fù)雜性，對(duì)于寒區(qū)水文過(guò)程的研究一直滯后于常規(guī)區(qū)域。隨著環(huán)境同位素技術(shù)的蓬勃發(fā)展，其穩(wěn)定的同位素性質(zhì)在研究寒區(qū)水文過(guò)程中脫穎而出，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于寒區(qū)水文循環(huán)、徑流分割等方面。

尹觀等[29]對(duì)貢嘎山海螺溝各時(shí)段徑流的同位素示蹤信息進(jìn)行分析，得出該地區(qū)河源區(qū)水的組成與同位素異常區(qū)域產(chǎn)生的原因。王彩霞等[30]在2012—2013年的冰雪消融期對(duì)祁連山老虎溝的冰川區(qū)采集其冰川融水、雪融水以及降水水樣，進(jìn)行處理分析，得出該地區(qū)融凍期的冰雪融水徑流的時(shí)空變化特征。

黃金柏等[31]以流經(jīng)內(nèi)蒙古東部和黑龍江省西部的阿倫河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，構(gòu)建分布式水文模型，計(jì)算阿倫河流域2011—2015年耦合融雪降雨-徑流過(guò)程，定量得出融雪徑流對(duì)年徑流貢獻(xiàn)率。李宗省等[32]基于祁連山區(qū)構(gòu)建的穩(wěn)定同位素采樣觀測(cè)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)影響該地區(qū)穩(wěn)定同位素時(shí)空變化特征的主要因素是氣溫與海拔，并且定量得出了該地區(qū)冰雪凍土帶對(duì)于出山徑流的貢獻(xiàn)比例。何天豪等[33]耦合同位素信息與流域水文模型，在烏魯木齊河源冰川流域進(jìn)行模擬檢驗(yàn)和徑流分割，不但可以較好地模擬徑流過(guò)程，還可以重現(xiàn)冰川物質(zhì)平衡等重要過(guò)程。同時(shí)依靠18O的輔助，提高了模型參數(shù)的識(shí)別能力，減少了模擬過(guò)程中各水源的不確定性。

2.3 寒區(qū)融雪徑流模型

在進(jìn)行寒區(qū)融雪徑流模擬的過(guò)程中，相較于物理模型，概念性模型的應(yīng)用更為廣泛。由于寒區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)短缺，物理水文模型具有很大的不確定性，需要大量數(shù)據(jù)且參數(shù)難以率定。

目前寒區(qū)常用進(jìn)行寒區(qū)融雪徑流分割的方法多為構(gòu)建融雪徑流模型[34]，主要有兩種模型。

一是 基于度日因子的概念模型，如SRM模型，應(yīng)用主要集中于西北干旱區(qū)，適用于以融雪徑流為主導(dǎo)的山區(qū)。該模型采用經(jīng)驗(yàn)方法，所需參數(shù)較少，但對(duì)于不同研究區(qū)域仍需確定適合于該區(qū)域的參數(shù)，不具備普適性，該模型在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題主要是如何改進(jìn)數(shù)據(jù)精度。同時(shí)該模型也并未對(duì)積雪狀態(tài)變化進(jìn)行模擬分析，僅僅只考慮水量的變化，不利于從本質(zhì)上理解融雪徑流的變化與形成原因。

二是基于物質(zhì)能量平衡的物理學(xué)模型，如 SWAT模型等。作為具有物理依據(jù)的分布式水文模型，可以應(yīng)用于模擬預(yù)測(cè)不同下墊面條件下融雪徑流的物理過(guò)程，但相較于SRM模型而言，SWAT模型所需數(shù)據(jù)較多且參數(shù)難以率定，并且基于度日因子的能量物質(zhì)平衡融雪模型在應(yīng)用過(guò)程中，影響其變化的不確定性因素過(guò)多，現(xiàn)行觀測(cè)手段難以滿足完全基于物理過(guò)程的分布式融雪徑流，只能簡(jiǎn)化其融雪模擬過(guò)程，這也將成為今后寒區(qū)融雪徑流模擬需要研究的重點(diǎn)。

3 基于同位素技術(shù)的徑流分割研究進(jìn)展

徑流分割的主要目的是研究徑流的各部分水體的來(lái)源以及貢獻(xiàn)比例，是水文學(xué)中研究水文循環(huán)的一個(gè)基本問(wèn)題[35]。但該問(wèn)題的研究難點(diǎn)在于對(duì)分割出的流量過(guò)程難以加以檢驗(yàn)[36]，難以破除其黑箱模式[37]。目前比較常用的研究方法有圖解法、滑動(dòng)最小值法、水文模型法、同位素徑流分割法等等。圖解法在研究徑流分割的過(guò)程中，往往根據(jù)主觀意見(jiàn)進(jìn)行劃分，研究結(jié)果因人而異。滑動(dòng)最小值法則是借助計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，過(guò)程較為簡(jiǎn)單但缺失物理意義的支持。水文模型法的研究難點(diǎn)則在于不同的下墊面條件對(duì)于模型參數(shù)率定的影響。以上幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，而同位素徑流分割法則是從質(zhì)量守恒的基本原理出發(fā)，結(jié)合氫氧同位素以及化學(xué)示蹤劑，基于其現(xiàn)實(shí)物理意義進(jìn)行劃分。

相較于常規(guī)區(qū)域，寒區(qū)由于其極端溫差，水由氣相、液相的頻繁轉(zhuǎn)化加劇了同位素分餾現(xiàn)象，導(dǎo)致其不同水體中氫氧同位素的比例存在著明顯差異，將其水體補(bǔ)給來(lái)源劃分為融雪水、降水、地下水，通過(guò)測(cè)定各部分水體的氫氧同位素組成以及水化學(xué)參數(shù)，可獲得各水源的貢獻(xiàn)比例[38]。

目前常用的同位素徑流分割方法有二水源過(guò)程線分割、三水源過(guò)程線分割，以及對(duì)具體地區(qū)進(jìn)行具體分析的多水源過(guò)程線分割。

3.1 二水源過(guò)程線分割

基于寒區(qū)不同水體的化學(xué)成分及穩(wěn)定同位素組成具有較為明顯的差異，基于水量平衡法將融雪前的水分來(lái)源分割為壤中流和地下水。

“新水”(事件水，一般指地表徑流，主要由降雨產(chǎn)生)和“舊水”(事件前水，一般指地下徑流，降雨事件前就儲(chǔ)存在土壤中的水分)[11]。這種方法必須滿足5個(gè)基本假定[12]：

(1)基流和地下水以均一的同位素含量表征。

(2)降雨或融雪水也以均一的同位素含量表征或其變化為已知。

(3)本次降水與基流或地下水之間有明顯的同位素差異。

(4)土壤水對(duì)流量過(guò)程線的貢獻(xiàn)可忽略，或者其同位素組成與地下水相同。

(5)地表儲(chǔ)蓄量對(duì)流量過(guò)程線的貢獻(xiàn)可忽略。

隨后顧慰祖[13]又針對(duì)實(shí)驗(yàn)研究個(gè)例對(duì)該方法的基本假定做了補(bǔ)充，認(rèn)為應(yīng)該保證：

(6)地面徑流的同位素含量必與本次降水的含量相同；

(7)各種水源在匯集過(guò)程中的同位素分餾影響忽略不計(jì)；

(8)基于經(jīng)典的簡(jiǎn)化產(chǎn)流機(jī)制。

該模型的基本方程見(jiàn)式(2)～式(3)：

Qt=Qo+Qn

(2)

δtQt=δoQo+δnQn

(3)

式中：Qt為總流量；Qo為舊水；Qn為新水;δt為總流量的同位素濃度；δo為舊水的同位素濃度；δn為新水的同位素濃度。

目前常用的二水源過(guò)程線分割模型，往往都是將水源簡(jiǎn)單劃分為“新水”與“舊水”,部分是“舊水”占優(yōu)[39-41]，但也有部分是新水占優(yōu)，同時(shí)也有將二水源劃分為冰川融水與降水[42]的劃分方法。這與地面徑流必全部源于本次降水水量的傳統(tǒng)認(rèn)知不同，引發(fā)了水文學(xué)家對(duì)于傳統(tǒng)Horton坡面產(chǎn)流機(jī)制的重新研究。

3.2 三水源過(guò)程線分割

將融雪期間的河水分割為冰川融水或融雪水、降水和地下水。在三水源徑流分割過(guò)程中，通常需使用兩種示蹤劑來(lái)對(duì)不同成分的水來(lái)源進(jìn)行區(qū)分。

基本公式如式(4)～式(6)：

Qt=Qp+Qs+Qg

(4)

Ct1Qt=Cp1Qp+Cs1Qs+Cg1Qg

(5)

Ct2Qt=Cp2Qp+Cs2Qs+Cg2Qg

(6)

式中:Qt為河水徑流量;Qp為壤中流徑流量;Qs為融雪水徑流量;Qg為地下水徑流量;C為示蹤劑濃度;下角標(biāo)1、2指兩種不同的示蹤劑。

使用三水源徑流分割模型需要滿足4個(gè)假設(shè)[14,34]：

假設(shè)一: 所研究的不同水的組成成分的同位素之間存在差異顯著;

假設(shè)二: 可以將新水中示蹤劑的組成的時(shí)空變化性進(jìn)行量化;

假設(shè)三: 可以將舊水中示蹤劑的組成的時(shí)空變化性進(jìn)行量化;

假設(shè)四: 可以忽略壤中流對(duì)徑流的影響，或者其同位素的組成成分與地下水一致。

三水源模型是迄今應(yīng)用最廣的分割模型，主要應(yīng)用在溫暖濕潤(rùn)的山區(qū)小流域、森林流域；而對(duì)于干旱區(qū)、冰凍區(qū),或者是喀斯特山區(qū)等流域研究較少[37]。目前對(duì)于寒區(qū)常用的三水源徑流成分分割往往是將水體組成成分劃分為降水、地下水、凍土融水或冰川融水或融雪水，且由于其水體成分的復(fù)雜性，往往需要借助化學(xué)示蹤劑進(jìn)行輔助，如SiO2、Cl-、Na+等,二水源、三水源徑流分割研究成果匯總見(jiàn)表1、表2。

表1 二水源徑流分割研究成果匯總

表2 三水源徑流分割研究成果匯總

續(xù)表2

4 結(jié) 論

與常規(guī)區(qū)域相比，寒區(qū)由于其氣候極端、凍融期情況復(fù)雜、區(qū)域較廣而人員短缺、環(huán)境艱苦等種種因素，對(duì)于水文過(guò)程的研究往往落后于常規(guī)地區(qū)。而環(huán)境同位素技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于研究寒區(qū)水文循環(huán)過(guò)程與徑流分割是一種行之有效且事半功倍的方法，在結(jié)合水化學(xué)方法后，對(duì)于探明寒區(qū)水文循環(huán)過(guò)程有著極大的幫助，該技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于寒區(qū)廣闊的區(qū)域之中，并且目前已經(jīng)在研究流域水文循環(huán)、徑流途徑示蹤、土壤水運(yùn)移規(guī)律等方面取得成果。同時(shí)在研究徑流分割方面，與化學(xué)示蹤劑、水文模型以及GIS等遙感手段相結(jié)合，并且在充分考慮其徑流分割模型的不確定性后，其徑流分割的精度也大大提高。