水是人类文明生存与发展不可或缺的重要资源,在干旱内陆河地区尤为重要。在全球变暖背景下,随着人口增长以及经济高速发展,水资源缺口逐渐扩大,西北干旱区正面临着前所未有的水压力,在石羊河流域尤为凸显。在石羊河流域开展降水和河水中的环境同位素研究,可为内陆河流域水资源的形成、循环与转化的过程和机理研究提供重要的科学基础,而且在干旱区水资源管理和水环境监测等方面具有重要的现实意义。本研究基于石羊河流域大气降水、河水、冻土层上水、冰雪融水等共计640个样品,结合相关气象资料以及再分析资料,研究流域降水与河水稳定同位素特征、时空变化及其环境意义,并分析流域大气降水水汽来源以及径流补给构成。主要结论如下:1)石羊河流域降水δ¹⁸O值在时间尺度上表现出夏高冬低的季节变化特征,流域降水稳定同位素表现出显著的“高程效应”,变化幅度为-0.22‰/100m,这也是“温度效应”的一种体现。温度对降水δ¹⁸O值的变化起着主导性作用,降水中稳定同位素的“降水量效应”并无体现。2)石羊河流域局地大气水线方程:δD=7.73δ¹⁸O+11.31,R²=0.97。大气水线的斜率与截距明显低于全球大气水线,反映了干旱区大气水线的特征,即强烈的蒸发作用使得降水中稳定同位素富集。研究区大气水线的斜率与截距,冬半年高于夏半年,高海拔山区高于低海拔绿洲区和荒漠区。3)石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区由于海拔、植被覆盖、温度、降水量的差异,降水同位素变化表现出一定的差异:低海拔的荒漠区和绿洲区更多地受到蒸发的影响,降水稳定同位素值偏正,高海拔的山区更多的受到局地再循环水汽的影响,降水稳定同位素偏负,在局地大气水线、δ¹⁸O与d-excess的反向变化、温度效应的差异等均有体现。4)流域内大气水汽主要来源于西风水汽输送。冬半年几乎完全由西风输送,且水汽总量较少。夏季水汽总量较大,除了西风水汽输送之外,在降水事件尺度下还会受到季风水汽补给。5)时间尺度上河水稳定同位素值较为稳定,变化幅度较小但表现出一定的季节变化,夏季δ¹⁸O值略高,冬季略低。在垂直方向上表现出海拔效应,随海拔升高而δ¹⁸O值偏负。从西北到东南方向,不同支流河水中δ¹⁸O与d-excess值未表现出规律性变化,且差异较小,表明各支流径流补给来源并不存在区域差异。6)石羊河流域7、8月径流补给来源以山区降水为主,其次为冻土层上水,冰雪融水补给占比最小。各支流补给来源与整个流域基本类似,但西营河冰雪融水补给率可达19%。