针对黄河水沙调控过程对黄河流域元素循环的影响问题,选择2012年黄河水沙调控过程中河水硫酸盐作为研究对象,借助硫酸盐硫和氧同位素来识别河水硫酸盐以及排沙过程泥沙水中硫酸盐来源.结果表明,三门峡水文站河水硫酸盐硫和氧同位素值范围分别为7.9‰～12.5‰(均值为10.1‰)和4.8‰～8.4‰(均值为7.1‰),小浪底水文站河水硫酸盐硫和氧同位素值范围分别为8.5‰～9.1‰(均值为8.6‰)和5.6‰ ～ 7.4‰(均值为6.6‰),花园口水文站河水硫酸盐硫和氧同位素值范围分别为8.7‰～ 12.0‰(均值为10.0‰)和6.5％‰ ～ 8.5‰(均值为7.7‰);黄河水沙调控期间泥沙水硫酸盐硫和氧同位素值随着泥沙含量增加而逐渐降低,显示水库底部沉积物中硫化物和有机硫氧化产生硫酸盐进入河水,这种趋势在三门峡以及小浪底水库水沙调控期间表现明显,但花园口水文站则不明显,可能与伊洛河和沁河支流汇入有关;黄河水沙调控期间河水溶解性硫酸盐重要来源包括石膏溶解、硫化物和有机硫氧化以及生活污水等;黄河水沙调控过程影响河流硫循环过程,导致沉积物中硫化物氧化产生硫酸盐,进而增加下游硫酸盐的输出通量,三门峡水库泥沙排泄引起硫酸盐增加的比例约占24.2％,小浪底水库泥沙排泄引起硫酸盐增加的比例约占8.8％.研究结果为黄河流域人工水沙调控工程对河流元素循环的影响研究提供科学依据.

人类活动和气候变化是影响流域水文过程的两大驱动因素,径流输沙是流域水文过程的总体反映,变化环境下径流输沙的变化规律与成因分析是水文学和全球变化研究的热点问题.黄土高原是我国水土流失最严重的地区.20世纪50年代以来,黄土高原地区开展了大规模的生态环境建设和水土流失综合治理,显著改变了流域土地利用和植被覆盖.下垫面条件改变与气候变化综合作用,使得流域水沙情势发生剧变.围绕黄土高原流域水沙变化的时空尺度特征与驱动机制,总结了径流输沙和水沙关系变化特征的研究结果,归纳了径流输沙变化的归因分析方法与人类活动和气候变化影响的贡献分割结果,探讨了气候变化、植被恢复、水土保持工程措施以及流域景观格局对水沙变化的影响机制.未来应加强流域水沙演变的时空尺度特征特别是水沙关系非线性特征的定量研究,阐明极端事件对水沙动态的影响与贡献;开展水沙变化影响机制的多要素综合解析,发展耦合地表覆被动态特征和气候变化的降雨-径流-输沙模型,揭示生态恢复与水沙演变过程互馈机制;开展未来气候变化、社会经济发展和生态建设工程情景下水沙动态的趋势预测,为黄土高原生态综合治理和水资源管理与黄河水沙调控提供策略建议.

人为输入氮和磷通过河流体系输送到河流下游以及海洋,给河流以及滨海生态系统带来压力,但河流水沙调控过程带来的溶解性硝酸盐(NO3-)输出变化尚不清楚.本研究借助黄河小浪底水库水沙调控过程,通过对比分析水库下游300 km范围河水在泄水阶段和泄泥沙阶段水NO3-含量以及硝酸盐氮和氧同位素(δ15NO3和δ18ONO3)组成,说明河水NO3-来源变化及其对水沙调控的响应.结果表明,2018年6月底泄清水阶段河水NO3-含量中间值为13.11 mg·L-1,均值为13.04±1.20 mg·L-1(n=11),δ15NNO3和δ18ONO3中间值为1.8‰和8.8‰,均值分别为2.2‰±1.6‰(n=11)和9.2‰±2.1‰(n=11);2018年7月上旬泄泥沙阶段河水NO3-含量中间值为15.46 mg·L-1,均值为15.42±1.26 mg·L-1(n=10),δ15NNO3和δ18ONO3中间值为1.3‰和9.4‰,均值分别为0.6‰±2.1‰(n=10)和8.9‰±1.7‰(n=9);单因素方差分析结果表明,泄水阶段和泄沙阶段NO3-含量以及δ15NNO3组成均存在显著差异(P＜0.05),但δ18ONO3差异不明显(P＞0.05);黄河干流河水NO3-主要来自于土壤NO3-和化肥NO3-,泄水阶段贡献比例为15.1％±11.2％和63.7％±10.8％,泄沙阶段贡献比例为11.2％±10.6％和70.4％±11.6％.泄泥沙阶段化肥NO3-对河水NO3-贡献比例增大,与泄沙阶段河道内农田淹没导致化肥NO3-释放有关.研究结果初步探究了黄河小浪底水库水沙调控过程对河水NO3-行为的影响机制,在泄泥沙阶段,河水流量增加导致化学肥料NO3-输出量增加,对黄河下游水体生态系统存在潜在影响.