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青海湖是维系青藏高原东北部生态安全的重要水体,域内径流过程未得到充分理解。位于青海湖北部的沙柳河流域面积小、径流占比大和土壤植被类型齐全,是开展青海湖流域径流过程研究的理想区域。基于此,本文根据雨水、冰、雪、河水、土壤水和地下水(井水和泉水)样品中的氢氧稳定同位素组成(δ2H和δ18O),借助Arc GIS空间插值和端元混合模型等技术手段,明晰青海湖沙柳河流域不同水体的氢氧稳定同位素组成时空特征,进而识别和量化不同补给源对地表径流和地下径流的补给关系和比例,最终明确地表径流和地下水径流过程的时空差异性,并获得以下主要结果:(1)雨水氢氧稳定同位素组成从消融期到多雨期中后期和冰冻期依次贫化、富集和贫化,这主要与气温、降水和水汽源有关;冰的氢氧稳定同位素组成从多雨期到冰冻中后期和消融期逐渐贫化和富集,这主要与气温有关;河水氢氧稳定同位素组成在冰冻期开始的完整水文周期内波动变化,这主要与气温、降水和补给源的变化有关;土壤水氢氧稳定同位素组成从消融期到多雨期前中后期依次富集、贫化和富集,这主要与气温和降水有关;地下水氢氧稳定同位素组成从消融期到冰冻前后期、消融期和多雨期逐渐富集、贫化和富集,这与降水和气温有关。(2)雨水氢氧稳定同位素组成在高山草甸带贫化,在高山草原带和高山寒漠带富集,这与海拔效应和降水空间分布有关;冰和河水氢氧稳定同位素组成由高山草原带到高山草甸带和高山寒漠带都逐渐富集,冰的氢氧稳定同位素组成空间分布主要受海拔影响,河水氢氧稳定同位素组成空间分布与降水有很大关系;地下水氢氧稳定同位素组成在离河道较近的高山草甸带富集,其他区域较为贫化,这主要与补给源空间分布有关。(3)消融期时高山草原带、高山草甸带和高山寒漠带的地表径流分别由19.55±0.04%的雨水和64.97±0.04%的冰与15.49±0.04%的雪、73.21±0.50%的冰和26.79±0.50%的雪、18.05±11.01%的雨水和25.56±11.01%的冰与56.39±11.01%的雪补给;多雨期时高山草原带、高山草甸带和高山寒漠带地表径流均由雨水和土壤水补给,比例分别为22.11±0.43%和77.89±0.43%、40.11±0.45%和59.89±0.45%、80.02±0.43%和19.98±0.43%;冰冻期时高山草原带、高山草甸带和高山寒漠带地表径流均由冰雪补给,比例分别为74.20±0.04%和25.80±0.04%、91.82±0.30%和8.18±0.30%、91.86±0.41%和8.14±0.41%;研究周期内高山草原带、高山草甸带和高山寒漠带地表径流由降水(雨水和雪)和土壤水补给,比例分别为6.84±0.17%和93.16±0.17%、14.89±0.42%和85.11±0.42%、32.87±3.83%和67.13±3.83%。(4)消融期时高山草原带和高山草甸带地下径流分别由雨水-冰-雪和冰-雪补给,比例分别为22.04±0.04%和70.20±0.04%及7.32±0.04%、98.56±0.28%和4.44±0.28%;多雨期时高山草原带和高山草甸带地下径流由雨水和土壤水补给,比例分别为11.05±0.35%和88.95±0.35%、16.92±0.47%和83.08±0.47%;冰冻期时高山草原带和高山草甸带地下径流受冰和雪补给,比例分别为76.66±0.09%和23.34±0.09%、73.11±0.49%和27.89±0.49%;研究周期内高山草原带、高山草甸带和高山寒漠带地下径流由降水(雨水和雪)和土壤水补给,比例分别为7.71±0.16%和92.29±0.16%、8.62±0.41%和91.38±0.41%。(5)高山草原带地表径流和地下径流的补给源由消融期的雨水、冰和雪转为多雨期的雨水和土壤,再转为冰冻期的冰和雪;高山草甸带地表径流和地下径流的补给源由消融期的冰和雪转为多雨期的雨水和土壤水,再转为冰冻期的冰和雪。高山寒漠带地表径流的补给源由消融期的雨水、冰和雪转为多雨期的雨水和土壤水,再转为冰冻期的冰和雪。地表径流和地下径流过程时间差异性均主要与气温和降水有关。(6)消融期时地表径流受冰的补给作用由高山寒漠带到高山草甸带和高山草原带逐渐增强,受雪的补给作用逐渐减弱,这主要与冰和雪的空间分布有关;多雨期时地表径流受雨水的补给作用由高山寒漠带到高山草甸带和高山草原带逐渐减弱,受土壤水的补给作用逐渐增强,这与地势、土壤和植被覆盖有关;冰冻期时地表径流受冰的补给作用由高山寒漠带到高山草甸带和高山草原带逐渐减弱,受雪的补给作用逐渐增强,这与地表封冻机制有关。研究周期内地表径流受降水(雨和雪)的补给作用由高山寒漠带到高山草甸带和高山草原带逐渐减弱,受土壤水的补给作用由高山寒漠带到高山草甸带和高山草原带逐渐增强。三个时期和整个研究周期内,地下径流受雨水、冰雪和土壤水的影响在高山草甸带和高山草原带无明显的空间特征,这与地势、土壤和植被分布有关。