青藏高原高寒地区的气候独特，地形地貌复杂多变，河流水系特征复杂，植被覆盖格局演变剧烈，导致其河流的水文特征十分复杂；河流的水文过程主要受降水和气温的控制，同时积雪、冰川、冻土等因素也会对其产生一定的影响。而青藏高原作为诸多大江大河的发源地，其特殊的气候水文条件导致河川径流水源类型的多样性，若要对河川径流的未来演变趋势作出准确预测，则需要对河川径流进行水源解析。绘图技术是进行径流水源解析的初期手段。依据地下水退水规律和以往的经验判断，对河川径流的水文过程进行滤波处理，使径流分割为两部分：地表径流与地下径流；随着计算机网络技术的日趋完善，线性和非线性的数学模型可更好地进行图形分解，并应用于许多相关研究中；目前，野外原型观测已成为河川径流水源解析的新手段，而环境稳定同位素技术就是主要的研究方法。
　　河川径流水源解析可依据降雨形成径流的途径大致划分为：地表、壤中、地下，但是该方法精度相对较低；由于高寒地区河流源区的径流水源类型相对复杂，如降雨、冰川、积雪、冻土、地下水(山泉水)等，故此方法难以应用。同时，由于不同河川径流的水分来源不同，故不同径流对气候变化的响应特征有所差异，这已是国内外在相关领域的研究热点与攻关难点，需要对相关机理进行深入研究。
　　综合上述背景，结合学科前沿和实际需要，本文选取那曲流域作为研究区。那曲流域位于青藏高原腹地，处于青藏高原印度洋季风与西风带的过渡区，是典型的高寒气候区和气候变化敏感区，也是怒江和藏东地区重要水源涵养区和生态屏障建设区。在以增温为背景的气候变化影响下，流域水循环过程发生改变，河川径流的补给水源构成产生了变化。本文以高寒地区水循环理论为指导，揭示了高寒地区河水水源解析内涵，基于地理信息技术、原型观测技术、稳定同位素技术等关键科学技术，识别了高寒地区河水的补给水源构成类型，揭示了流域内气象要素(降水、气温、土壤温度、土壤湿度)演变规律，分析了流域各水体(降水、河水、冰雪融水、湖水、地下水)中稳定氢氧同位素的时空分布特征，定量评价了高寒地区河水各补给水源的贡献比例。论文主要结论如下：
　　(1)土壤温湿度特征及冻融期划分
　　2017年4月1日至2018年3月31日一年期间，小唐古拉山、那曲大桥和香茂乡3个站点土层的土壤温度均呈近似正弦曲线的周期性变化特征，与气温和相对湿度均呈极显著正相关，3个站点的相关系数也几乎都超过了0.9。香茂乡、那曲大桥与小唐古拉山3个站点土壤湿度与土壤温度和气温均呈显著的正相关关系，说明在此期间，土壤温度和气温是土壤湿度的主要影响因素。但是，夏季土壤湿度与土壤温度、气温(那曲大桥除外)均呈极显著的负相关关系。香茂乡、那曲大桥和小唐古拉山3个站点的地气温差与气温(那曲大桥除外)、土壤温度均有极显著的相关关系。根据香茂乡、那曲大桥与小唐古拉山水文气象监测站野外观测数据，分析研究了土壤温度和土壤湿度的变化特征及其相互之间的关系；对土壤冻融过程进行分段，并于不同阶段采集水样检测氢氧稳定同位素，进而识别不同冻融阶段径流的水源补给类型。
　　(2)流域稳定同位素时空分布特征及驱动力分析
　　基于2016年8月、2017年1月、7月、8月、12月与2018年5月的降水、河水和湖水同位素数据，分析了那曲流域降水和河水同位素时空变化特征，干流河水氢氧同位素沿程变化的特征，探讨了那曲流域降水水汽来源及河水的补给特征。2017年7月份降水与河水中δ18O的平均值均大于2017年8月份，造成这种差异的主要原因在于受季风影响，2017年8月份降水增多。夏季降水中δ18O和过量氘(d-excess)的纬度和高程效应不显著，降水量是其主要影响因素。夏季河水中δ18O的纬度和高程效应均不显著。由于沿途诸多支流汇入干流，从错那湖开始到下游，干流河水中同位素呈递减趋势。河水中氢氧稳定同位素的变化具有显著的季节性差异，这可能是由河水的水源补给和蒸发作用引起的。错那湖湖水中δ18O值最大，其平均值为-9.28‰，受到不同程度蒸发分馏作用的影响，导致湖水富集重同位素。河水中过量氘与纬度和高程存在较好的相关性，湖水对于河水中同位素和过量氘的分布具有重要的调节作用。以错那湖为分界点，干流河水中δ18O值表现为先增大后减小的变化趋势；过量氘值呈现为先减小后增大的变化趋势。
　　(3)流域河川径流水源时空解析
　　基于稳定同位素技术，应用稳定同位素混合模型(IsoSource模型)定量分析了那曲流域不同冻融期(完全冻结期、融化过程期、完全融化期、冻结过程期)河水的补给来源。对于那曲流域的河水来说，其补给水源类型主要有大气降水、冰雪融水、地下水、湖泊。同时，河水与湖泊、河水与地下水之间还有相互补给关系。对于整个冻融期来说，那曲流域拉日曲上游(小唐古拉山)、拉日曲中游(安多北)、桑曲下游(安多南)、措玛曲中游(措玛乡)、母姆曲中游(扎仁镇)、称曲下游(那曲北)、宗青曲上游(孔玛乡)、母各曲中游(香茂乡)、罗曲中游(洛麦乡)处河水的补给水源类型主要是大气降水(15.2±4.4%)、地下水/山泉水(35±8.2%)、冰雪融水(49.8±11.3%)；那曲上游(班戈大桥)、那曲中游(那曲大桥)、那曲下游(达萨乡)处河水的补给水源类型主要是大气降水(14±5.9%)、地下水/山泉水(20±10.5%)、湖水(66±16.3%)。冰雪融水的贡献率在融化过程期最大：78.5(57.8，99.1)%，湖水的贡献率在完全融化期最小：53.5(31，76.1)%；地下水/山泉水的贡献率相对比较稳定，在完全冻结期、完全融化期、冻结过程期的平均值都维持在35%左右，而在融化过程期的平均值约为16%；整个冻融期，降水对干流及支流河水的贡献率都是最小的，最大不超过23%。湖水对其下游河水最大的补给距离(假设湖水的贡献率为0时)为281.4(246.2，316.7)km(95%置信区间)。依据活动层的土壤温度和土壤湿度的变化，将土壤冻融过程划分为4个时期：土壤完全冻结期(10月下旬至12月上旬)、土壤融化过程期(4月上旬至6月中旬)、土壤完全融化期(6月下旬至10月中旬)和土壤冻结过程期(12月中旬至次年4月中旬)。