河口及地下河口都是陸源物質(zhì)向海洋輸送的重要通道,影響海洋中物質(zhì)的地球化學循環(huán)及近岸生態(tài)系統(tǒng)的健康。目前,河口區(qū)域受人為的改造與影響日益明顯,例如水庫水壩的大量建設改變了河流向河口水量輸送的自然分配。黃河口作為黃河水沙的承泄區(qū)域,直接受黃河水沙輸送的影響。黃河每年實施的調(diào)水調(diào)沙工程在短時間內(nèi)向黃河口輸送大量水沙。調(diào)水調(diào)沙帶來的劇烈水沙變化恰為河口水體運移及海底地下水排放(SGD)過程的研究提供了天然的原型實驗室。天然鐳、氡同位素在示蹤水體運移及SGD方面有重要的應用價值。研究調(diào)水調(diào)沙影響下的黃河口水體運移及SGD的變化過程,將為理解河口地區(qū)水體的更新能力、物質(zhì)的來源歸宿與收支平衡提供新的視角,為評價人類的大型水利工程對河口的影響、制定合理的生態(tài)環(huán)境保護措施提供科學依據(jù)。本研究在2013～2014年的調(diào)水調(diào)沙與非調(diào)水調(diào)沙期間,分別研究了黃河下游、黃河口海域以及黃河三角洲地下水中的三種鐳同位素(223Ra、224Ra、226Ra)和氡同位素(222Rn)的時空分布特征及受調(diào)水調(diào)沙的影響,同時還通過滲濾實驗模擬了黃河三角洲地下水中鐳的解吸行為及其影響因素；以鐳同位素的研究為基礎,結合鹽度、濁度等水文參數(shù),同時利用鐳的表觀年齡模型,定性及定量評價了調(diào)水調(diào)沙對黃河口水體運移的影響；利用鐳、氡同位素的分布特征并結合水體剖面水文參數(shù),同時利用鐳同位素質(zhì)量平衡模型、鐳和氡的時間序列模型,定性及定量評價了調(diào)水調(diào)沙對黃河口SGD過程的影響；系統(tǒng)地比較了黃河下游河流、黃河口海域及黃河三角洲地下水中的各營養(yǎng)鹽濃度和組成,分析并討論了調(diào)水調(diào)沙對黃河河流、SGD向黃河口輸送營養(yǎng)鹽的影響。主要得到以下結論：(1)盡管調(diào)水調(diào)沙和非調(diào)水調(diào)沙期間水沙條件差異顯著,黃河河水中溶解態(tài)鐳同位素的活度變化較小,鐳同位素的活度一定程度上受SPM濃度的控制。調(diào)水調(diào)沙期間黃河河水中222Rn的活度明顯高于非調(diào)水調(diào)沙期間,該差異可能由調(diào)水調(diào)沙引起的地下水排泄增加導致。(2)受調(diào)水調(diào)沙的影響,黃河口水體中鐳同位素的活度比非調(diào)水調(diào)沙期間顯著升高。黃河口海域鐳同位素隨鹽度呈現(xiàn)“中間高、兩端低”的不保守分布。調(diào)水調(diào)沙期間黃河口水體中222Rn的活度比非調(diào)水調(diào)沙期間也顯著升高。黃河口海域222Rn的最高活度出現(xiàn)在口門及口門外的低鹽度海區(qū),在中鹽度到高鹽度海區(qū),222Rn的活度快速衰減直到接近外海受支持的活度水平。(3)黃河三角洲沿岸地下水中的鐳同位素含量普遍高于其在黃河以及黃河口水體中的含量,且具有較大的空間分布差異。受調(diào)水調(diào)沙影響,在距離河岸較近的地下含水層中,地下水中的鹽度和鐳同位素含量較非調(diào)水調(diào)沙期間明顯下降。黃河三角洲沿岸地下水中的222Rn活度也存在明顯的空間差異,主要是由海岸沉積物類型不同以及受海水改造程度的不同導致。(4)滲濾實驗的結果表明,影響沉積物中鐳同位素解吸行為的關鍵因素是地下水的鹽度而非地下水流速。隨著滲濾水體鹽度的增大,地下水中鐳同位素的解吸量呈線性增加,據(jù)此回歸得到的經(jīng)驗公式可為量化SGD鐳端元值提供參考信息。(5)同非調(diào)水調(diào)沙期間相比,調(diào)水調(diào)沙期間鐳同位素活度的峰值在鹽度較低的河口水體中出現(xiàn),黃河沖淡水及泥沙擴散的范圍明顯增加,這表明調(diào)水調(diào)沙增強了黃河口水體動力,增大了黃河沖淡水的擴散范圍。由表觀年齡模型計算得出,黃河口水體運移速率分別為2.4±0.6 km d-1(2013年非調(diào)水調(diào)沙)、5.9±2..2 kmd-1(2013調(diào)水調(diào)沙)、2.7±0.7 km d-1(2014年非調(diào)水調(diào)沙)、5.5±1.2 km d-1(2014調(diào)水調(diào)沙)。當黃河徑流量從非調(diào)水調(diào)沙期間的400 m3 s-1增加至調(diào)水調(diào)沙期間的3000 m3s-1,黃河口水體運移速率增加了1～2倍。(6)222Rn和220Rn活度的共同高值區(qū)可指示SGD的集中排放點,調(diào)水調(diào)沙使SGD集中排放點的排泄量顯著增加。鹽度、溫度、濁度、DO的垂直剖面分布驗證了調(diào)水調(diào)沙期間黃河口中存在大量的陸源淡水地下水排放(FSGD)。由SGD的量化模型得出,非調(diào)水調(diào)沙期間黃河口SGD的通量為11～26 cm d-1,調(diào)水調(diào)沙期間黃河口SGD的通量增至62～122 cm d-1。調(diào)水調(diào)沙期間黃河口SGD通量是非調(diào)水調(diào)沙期間的6倍以上。調(diào)水調(diào)沙期間黃河口SGD趨于在河道延伸方向上集中排放,并且FSGD占總SGD的24%以上。(7)黃河三角洲地下水的營養(yǎng)鹽在濃度和組成上與黃河河水有顯著的不同,表現(xiàn)為較低的DIN/DIP和較高的NH4+-N/DIN。SGD對黃河口海域營養(yǎng)鹽的輸送可能會反向作用于黃河對黃河口營養(yǎng)鹽結構的影響。調(diào)水調(diào)沙會同時增加黃河和SGD對營養(yǎng)鹽的輸送通量。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TV148;X143

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本文編號：2807343