Using isotopic and geochemical tracers to determine the contribution of glacier meltwater to streamflow in a headwater catchment of Heihe River Basin, Northwestern China

English Abstract:

Glacier meltwater contributes significantly to the rivers flowing off the cold mountains to the arid basins in inland area, Northwest China. However, the processes and mechanisms that control runoff generation in the cold high mountains where glacier meltwater, permafrost and frozen ground predominate have undergone few studies. Our objective is to determine the contribution of glacial meltwater to the streamflow in the Hulugou catchment, a headwater catchment of the Heihe River Basin, NW China. Water samples from glacier meltwater, rainfall, stream and groundwater were collected between June and September 2012 and then were analyzed for isotopic and hydrochemical composition in laboratory. Three-component hydrograph separations were used to identify the spatial and temporal water sources of streamflow based on the data of stable water isotopes (δD) and chloride ion (Cl-). Our results show that base flow dominates the streamflow, contributing 42% to the streamflow in rainy season (June to August) whereas glacier melt water (24%) and rainfall runoff (34%) contribute the rest of streamflow. It is an interesting finding that base flow increases in both amount and proportion following relatively insensitive rainfall events. During the study period, the contribution rate of glacier meltwater varies significantly, ranging from 0% to 40%. An obvious increase in contribution rate of glacier meltwater was also observed when rainfall event was over. There is a significant negative correlation between the contribution rate of glacier meltwater and rainfall. Result from this research could improve our understanding of source waters in alpine catchments where discharge is dominated seasonally by glacier meltwater, and consequently provide the theoretical basis for the development of distributed runoff model.