厦门湾砂质潮间带海底地下水排泄的非均质性研究

以厦门岛南岸砂质海岸为研究对象,通过监测潮间带渗出面处地下水盐度、近岸海水盐度,并分析潮间带盐度空间分布规律,以探究厦门湾海底地下水排泄(SGD)的非均质性。结果显示:1)潮间带地下水、海水盐度变化可以间接指示海底地下淡水排泄量(SFGD)。2)垂直于海岸线方向,由内陆向海洋地下水盐度呈现先降低后升高的规律;沿海岸线方向,整个潮滩地下水盐度分布不均匀,差异性较大,具有明显的非均质性。3)通过对潮间带中部最低盐度区域进行加密监测,圈定了厦门湾潮间带高渗透天窗范围,推测高渗透天窗对SFGD影响较大。4)通过对典型剖面地下水、近岸海水盐度动态监测,发现潮汐对潮间带SFGD产生一定影响。

镭同位素示踪隆教湾的海底地下水排泄

福建省漳州市隆教湾海水中镭同位素的研究,目的是评价海底地下水排泄量。在2007年6月的航次中,垂直于岸线的9km剖面上布置15个站位,每个站位用潜水泵采集表层海水样60L于塑料桶中。水样运回实验室后,立即用装有锰纤维的PVC管以虹吸的方式富集水样中的镭同位素,水通过PVC管的流速小于300ml/min。224Ra活度用连续射气法测定,测完224Ra后密封7d以上,然后用直接射气法测定226Ra活度。224Ra和226Ra活度都呈现自岸向海逐渐降低的规律,表明扩散控制镭同位素的分布,由224Ra获得68.83km2d-1的扩散系数,同时226Ra形成-0.963dpm100l-1km-1的活度梯度。用扩散系数和活度梯度建立的226Ra的离岸通量为6.62×1011dpmkm-2d-1,这个通量一定是得到SGD输入的镭支持,从而获得隆教湾的海底地下水排泄量是3.03×109m3km-2d-1。该排泄量包括陆源地下淡水排泄量和再循环海水排泄量,绝大部分可能是再循环海水,有待进一步研究。

基于^(222)Rn质量平衡模型的胶州湾海底地下水排泄

海底地下水排泄(SGD)作为全球水循环的一个组成部分,近年来成为陆海相互作用的研究热点。地球化学示踪法是研究海底地下水排泄的主要手段。本文以环境同位素222Rn作为示踪剂,通过构建222Rn质量平衡模型来评价胶州湾的海底地下水排泄,并进一步估算地下水输入的营养盐。222Rn质量平衡模型的源项考虑了河流的输入、沉积物的扩散、母体226Ra的支持,汇项考虑了222Rn的自身衰变、222Rn散逸到大气的损失以及与湾外海水的混合损失,源汇项的差值则作为地下水输入的222Rn通量。结果表明,2011年9—10月胶州湾海底地下水排泄通量为24.2 L?m–2?d–1,2012年4—5月胶州湾海底地下水排泄通量为7.8 L?m–2?d–1。丰水季节地下水输入胶州湾的营养盐低于河流输入的,但是枯水季节地下水输入的营养盐接近河流输入的,特别是输入的活性磷酸盐和硅酸盐很接近。

莱州湾东岸海底地下水的水文地球化学特征及其地球化学演化模式

莱州湾东岸的海底地下水主要分布在浅海区的第四纪松散沉积物中,明显有别于海水,目前已被大量开采利用。从内陆向海区分别取地下水样化验分析,其pH值、密度、钠吸附比(SAR)、rCl/rBr等化学特征值呈现出从陆向海逐渐变化的规律,内陆含水层地下水中较高的硝酸盐类污染物,在海底地下水中也有明显的反映,地下水的水化学类型也由ClCa·Na·Mg型转变为ClNa·Mg型和ClNa型。另一方面,海底地下水的主要组分、浓度和矿物相组成也有自己的特点。研究发现,从内陆向海区,地下水的离子强度和矿物质的饱和指数均呈现出一定的变化规律。地下水中的这些离子以及矿物相在空间上的水岩交换变化,使地下水逐渐从淡水演化为微咸水和咸水,构成了海岸带地下水地球化学演化的一般模式。鉴于海底地下水与内陆地下水的紧密联系,今后陆地含水层一旦被污染,地下水向海区的化学输移将带来一定的环境效应。这应当引起我们足够的重视。

海底地下水排放:重要的海岸带陆海相互作用过程

沿海地区海底地下水排放在北美和欧洲等发达地区受到了越来越多的重视,被认为是一个重要的海岸带陆海相互作用过程。但这一过程在我国尚未引起足够认识,有关研究极少见。海底地下水排放的研究历史不长,只是近十多年才有了快速的发展,有了越来越多的定量研究成果。其研究方法主要有水文计算法、现场实测法和地球化学示踪法,各种方法之间的对比实验是目前的热点问题。沿海地下水排放具有重要的环境意义,它可以是陆地营养物质和污染物质的一个重要排放通道,可以对海岸带环境产生一定影响。我国沿海地区应该加强有关的研究工作,为海岸带环境管理作出贡献。

基于^(223)Ra和^(224)Ra的桑沟湾海底地下水排放通量

海底地下水排放(SGD)是陆地向海洋输送水量和营养物质的重要通道之一,对沿海物质通量及其生物地球化学循环有重要的影响,对生态环境起着不可忽视的作用。本文运用天然放射性同位素^(223)Ra和^(224)Ra示踪估算了我国北方典型养殖基地桑沟湾的海底地下水排放通量。结果表明,海底地下水样尤其是间隙水中Ra活度[^(224)Ra=(968±31)dpm/(100L),^(223)Ra=(31.4±4.9)dpm/(100L),n=9]远高于表层海水[^(224)Ra=(38.7±2.0)dpm/(100L),^(223)Ra=(1.70±0.50)dpm/(100L),n=21]。假设稳态条件下,考虑Ra的各源、汇项,利用Ra平衡模型,估算出桑沟湾SGD排放通量为(0.23~1.03)×10~7 m^3/d。潮周期内的观测结果显示,涨潮时,水力梯度较小,SGD排放变弱,落潮时,水力梯度较大,导致了相对较多的SGD排放。在一个潮周期间,基于^(223)Ra和^(224)Ra得到的SGD排放通量平均为0.39×10~7 m^3/d。潮汐动力下的SGD排放平均占总SGD排放的61%,因此桑沟湾沿岸的地下水排放主要受潮汐动力的影响,并对海水组成及海陆间物质交换有显著贡献。

莱州湾海底地下水动态及影响机制研究

地下水监测及数理分析是地下水动态研究的主要方法。但目前海岸带地区多以陆域地下水监测为主,海域部分尤其具有多层含水层系统的海底地下水缺少直接监测数据。本研究通过海域钻孔ZK03与ZK08实时监测不同层位海底地下水动态以及海洋潮汐变化,结合其地层结构和沉积演化背景,分析莱州湾海底地下水动态特征并揭示其影响机制。研究结果表明,莱州湾海底地下水动态具有周期性和分层性特征;全新世含水层与海水关系密切,其海水入侵界面垂向上厚10m左右。海底地下水分层与沉积地层划分大致相同,其动态特征是在地层结构及沉积演化环境影响下,降水、径流及潮汐驱动不同层深地下水间或地下水与海水间混合作用的结果。本文初步构建了海底地下水分布模式,探讨区域地下水与海水的相互作用关系。莱州湾海底地下水动态研究对于深入分析海(咸)水界面变化机制及探索海底地下水排泄具有推动作用。

用镭-226示踪胶州湾的海底地下水排泄

海底地下水排泄(SGD)是全球水循环的一个组成部分,其输送的溶解物质不仅参与海洋的生物地球化学循环,而且影响近岸海域的生态环境。为了评估胶州湾海底地下水排泄状况,通过建立胶州湾内海水中226Ra的质量平衡模型来计算海底地下水排泄通量。胶州湾海水中226Ra的源主要有河流的输入、沉积物扩散输入和地下水的输入,海水系统在稳定状态下,这几种源应该与湾内海水和湾外海水的混合损失达到平衡。除了将地下水输入作为未知项外,对其他源和汇逐个进行量化,计算得知:2011年9—10月胶州湾的海底地下水排泄通量为7.85×10~6m^3·d^(-1);2012年4—5月胶州湾的海底地下水排泄通量为4.72×106m^3·d^(-1)。在此基础上,对地下水输入胶州湾的营养盐进行了评价。

莱州湾东岸海底地下水来源判别及量值估算

采用稳定同位素——18O、D,结合常规离子分析结果确定了莱州湾东岸海底地下水的来源,并采用数值方法估算了其量值。结果表明:莱州湾东岸海底地下水主要来源于波浪、潮汐的海水补给,同时在一定程度上受地下水径流排泄的影响,三者对海底地下水的贡献率分别为31.0%,56.3%和12.7%。研究结果对于合理开发、科学保护海底地下水具有重要现实意义。

人类活动影响下的龙口海岸带海底地下水排泄通量研究

在沿海地区,以^(223)Ra和^(224)Ra为示踪剂建立的镭质量平衡模型已广泛应用于海底地下水排泄量(SGD)的研究中,然而目前国内外关于在人类活动复杂影响较大情况下的SGD研究却极为少见。本文对比研究了在有防渗墙(A区)和填海造陆(B区)两种不同人为因素影响下的龙口海岸带水体表现年龄、海底地下水排泄量及其携带的氮磷营养盐通量。结果表明,A区平均水体表现年龄为14.26 d,B区平均水体表现年龄为10.64 d。此外,B区沿岸地下水以及近岸海水中的Ra活度均普遍高于A区,而盐度低于A区。在SGD方面,A区的SGD速率为1.26~1.60 cm·d^(-1),B区为1.43~1.82 cm·d^(-1),考虑SGD在评估方法上存在一定的误差,因此两个区域的SGD速率相差不大。但与我国其他自然海域相比,这两个区域的SGD速率均处于较低水平。此外,B区的氮磷营养盐浓度普遍高于A区,而且由SGD驱动的氮磷营养盐通量不同,地下水输入的不平衡的营养盐极易改变龙口海域的营养盐结构,对海洋生态环境产生不利影响,这也进一步证实SGD在沿海生态环境以及水体污染治理中的重要地位。

近岸海域^(226)Ra的时空变化与海底地下水排泄(SGD)估算

海底地下水排泄(submarine groundwater discharge,SGD)是沿海地区陆地物质向海洋输送的重要途径,中国具有漫长的海岸线,准确地评估我国沿海地区的SGD及其对沿海海洋生态环境的潜在影响具有重要的理论与实践意义。本文以浙江舟山朱家尖海湾为研究区域,通过冬、夏两季地下水和海水的同步采样分析,在研究地下水和海水中镭(226Ra)时空变化的基础上,利用226Ra的质量平衡原理,估算了研究区内SGD的通量为2.40×105～2.30×106 m3/d,根据12月份枯水期推算的全年保守通量为8.64×107～8.28×108 m3/a,另外,根据年平均降水量等水文参数估算的氮、磷和硅营养盐年平均的入海通量分别为3.256 t/a、0.029 t/a和52.775 t/a。

海底地下水排泄及其对沿海海域生态环境的潜在影响

海底地下水排泄(SGD)是海岸带陆海相互作用的一个重要的自然过程.系统介绍SGD的发生过程及其定量测定的方法,并通过水文计算和野外调查,在估算了区域海底地下水排泄量和分析了海水与地下水中氮、磷、碳等营养物质差异的基础上,讨论了SGD对近海海域生态环境的潜在影响,这对正确区分近岸海域营养物质的来源和认识中国沿海水域频繁发生的赤潮藻暴发性增殖事件的原因,具有重要的理论和实践意义.

基于改进模型的辽东湾东岸营口海域海底地下水排泄量计算

海底地下水排泄(SGD)是全球水循环的重要组成部分,也是向海洋输送营养盐等各类化学物质的必要途径之一。以辽东湾东部营口海域为研究对象,以天然镭同位素(Ra、Ra)作为示踪剂,建立镭质量平衡模型并加以改进,进而探讨再循环海水(RSGD)对研究区内水体刷新时间、SGD及携带氮磷营养盐通量的影响程度。结果表明:利用镭质量平衡模型计算水体刷新时间为9 d,改进后的镭质量平衡模型计算出的水体刷新时间为14.35~18.11 d;传统模型下SGD通量为(3.01~3.51)×10^(8)m^(3)/d。改进模型评估的SGD通量为(3.55~4.39)×10^(8)m^(3)/d,改进模型评估的水体刷新时间与SGD均明显高于初始模型,其中水体刷新时间增加了59.44%~101.22%;SGD通量增加了17.94%~25.07%。在此基础上,地下水向海输入的氮、磷营养盐通量在考虑RSGD的情况下分别为1.73×10^(8)、1.52×10mol/d。研究结果证明了RSGD对SGD和营养盐通量存在较大影响,为营口海域生态环境评估提供了基础数据。

苏北浅滩海底地下水排放及其对海域营养盐通量的贡献

海底地下水排放(SGD)是近海海域的一个重要的营养盐来源。本研究借助多种天然镭同位素对春季苏北浅滩海域的SGD及其携带入海的营养盐通量进行量化评估。研究发现:苏北浅滩海域的^(224)Ra、^(223)Ra和^(226)Ra等镭同位素的浓度水平较高,呈现近岸高、远岸低的分布趋势;根据^(224)Ra/^(226)Ra的"表观年龄模型"估算的水龄的分布情况推断,春季该海域表层水体主体流向为东北向,流速约为0.1m/s,这与前人物理海洋数值模拟结果一致;最终利用226Ra质量平衡模型发现海域的SGD通量为(46±29)cm/d,由其携带入海的溶解态无机氮、磷、硅营养盐(DIN、 DIP、 DSi)等的通量分别为(2.6±3.1)×1~09、(3.0±2.5)×10~6和(5.5±4.2)×10~8mol/d。

海底地下水排放对典型红树林蓝碳收支的影响——以广西珍珠湾为例

海底地下水排放(Submarine Groundwater Discharge,SGD)是陆海相互作用的重要表现形式之一,其携带的物质对近岸海域生源要素的收支有重要影响。本文利用222Rn示踪技术估算了我国典型红树林海湾—广西珍珠湾在2019年枯季(1月)SGD携带的碳通量。调查发现,地下水中222Rn活度、溶解无机碳(DIC)和溶解有机碳(DOC)的平均浓度均高于河水和湾内表层海水。利用222Rn质量平衡模型估算得到珍珠湾SGD速率为(0.36±0.36)m/d,SGD输入到珍珠湾的DIC和DOC通量分别为(2.41±2.63)×10^7 mol/d和(1.96±2.20)×10^6 mol/d。珍珠湾溶解碳的源汇收支表明,SGD携带的DIC和DOC分别占珍珠湾总DIC和总DOC来源的91%和89%。因此,SGD携带的DIC和DOC是珍珠湾DIC和DOC的主要来源,是海岸带蓝碳收支和生物地球化学循环过程中的重要组成。

利用^(223)Ra和^(224)Ra对冬季三亚河口海底地下水排放通量估算研究

对三亚河口两种短半衰期溶解态镭同位素(223 Ra和224 Ra)活度随盐度的分布进行了调查,并估计了其源汇项。调查发现,三亚河口中溶解态223 Ra和224 Ra的分布范围分别是:1~8dpm/100L和13~281dpm/100L。在低盐度区,223 Ra和224 Ra的活度都随着盐度的增大而增大,至中盐度时达到最大值,之后随盐度的继续增加而逐渐减小。其活度主要受控于放射性衰变、涨潮退潮、颗粒物解吸、沉积物扩散和海底地下水排放。利用同位素比值法和质量平衡模型计算得到三亚河口水体的平均近似水龄为4d,河口中68%的镭来自于海底地下水排放的贡献,海底地下水排放流量为1.14×106 m3/d,是三亚河流量的2倍。

海底地下水排泄对海洋锶储库的影响

海底地下水排泄(submarine groundwater discharge, SGD)不仅是全球水循环的重要组成部分,也是各种溶解化学物质由陆向海输送的重要而隐蔽通道。笔者等在分析全球海洋锶来源的基础上,综述了多种岩性含水层条件下SGD锶的地球化学行为及其控制因素,并利用已有的SGD通量和高分辨率全球岩性数据,计算出更为保守和精确的SGD锶通量及同位素组成,确认了SGD是海洋贫放射成因锶的重要来源之一,起到平衡河流输入的富放射成因锶的作用。

莱州湾南岸海底地下水交换量研究

相对于定性研究海水入侵的程度及规律,定量研究能更直观的给出海水入侵地区的SGD(Submarine groundwater discharge)以及流入量。选择潍坊昌邑市北部潮间带地区,布设3km长监测剖面,通过监测地下水水位、水温、以及电导率数据,运用数学方法定量估算海底地下水交换量。同时,运用计算所得结果,对研究区海水入侵情况进行评估,为将来该地区地下水监测提供科学依据。计算结果表明,潮间带流入量明显大于流出量,海水呈现朝陆推进趋势。

基于地表水-地下水耦合模型的海底地下淡水排放量估算

陆源地下淡水排泄(SFGD)作为海底地下水排泄(SGD)中的重要组成部分,也是陆地向海洋输送化学物质重要且隐蔽的通道。将宾州州立集成水文模型PIHM应用到广东省东南部沿海地区,构建海岸地表水-地下水耦合模型,对SFGD速率进行时空变异分析,结果表明:(1)SFGD速率与相关影响因子的多元回归分析显示当地形坡度i≤2%时,地形坡度是SFGD速率的主控因子,地形坡度越大,SFGD速率越大,当i>2%时,SFGD速率与各影响因子均无显著相关。(2)研究区域子流域之间SFGD速率差异主要是流域形状以及地形差异造成的,螺河流域片区海岸线短且沿海地区主要为平原地区,因此年均单位长度SFGD速率小。(3)在主要降雨事件中,SFGD比地表径流对降雨的响应更快,峰值出现时间比地表径流平均早1~3 d。利用地表水-地下水耦合模型研究SFGD速率的时空变异规律为海底地下水排泄估算提供了新途径,为未来沿海生态管理规划提供了科学参考。