已有研究表明,海底地下水排泄(簡稱SGD)是陸源物質向海洋輸送的一個重要而隱蔽的通道,其攜帶的陸源物質通量甚至超過地表徑流。因此,SGD影響著海洋水體中元素的生物地球化學循環(huán),對海洋生態(tài)環(huán)境具有重要作用。渤海灣沿岸地區(qū)經濟發(fā)達,港口眾多,入海排污口較多,導致海域出現(xiàn)不同程度的生態(tài)環(huán)境問題。然而,渤海灣SGD攜帶的陸源物質通量鮮有報道,其重要性也一直被忽略。準確評估渤海灣SGD攜帶的營養(yǎng)鹽和重金屬通量及其環(huán)境效應,對渤海灣水域生態(tài)環(huán)境保護與治理具有重要意義。本研究以天然鐳、氡同位素示蹤為主要研究方法,通過考慮海水再循環(huán)引起的鐳、氡損失,改進了現(xiàn)有質量平衡模型,在此基礎上,首先聯(lián)立水、鹽和改進的鐳質量平衡模型,評估了渤海灣枯水季(2017年4月)和豐水季(2017年8月)水體刷新時間、SGD以及海底地下淡水排泄量(簡稱SFGD),并增加了不同外海端元對評估結果的影響。結合納潮量模型,得到渤海灣枯水季水體刷新時間為64.4-98.9天,豐水季為55.3-73.6天。枯水季SGD為(3.11-7.43)×10~8 m~3 d~(-1),豐水季為(4.47-11.98)×10~8 m~3 d~(-1),比2017年黃河年平均入海徑流量(2.45×10~7 m~3 d~(-1))大一個數(shù)量級。枯水季SFGD為(2.70-8.00)×10~7 m~3 d~(-1),豐水季為(1.85-9.35)×10~7 m~3 d~(-1)。然后利用改進的氡質量平衡模型,估計得到枯水季渤海灣西部SGD為(5.9±3.9)×10~8 m~3 d~(-1)。通過利用鐳、氡同位素來評估渤海灣SGD,兩者結果相互驗證,提高本研究評估的SGD的可靠性。研究結果顯示,SGD輸入的溶解無機氮(DIN)、溶解無機磷(DIP)和溶解無機硅(DSi)通量比河流、沉積物和大氣沉降輸入的通量大1-3個數(shù)量級,表明SGD是渤海灣水體中營養(yǎng)鹽的主要來源。渤海灣水體頻繁發(fā)生赤潮與SGD輸入的營養(yǎng)鹽存在一定的聯(lián)系。另外,SGD輸入的重金屬(Fe、Mn、Zn、Cr和Cd)通量比河流輸入的重金屬通量大1-2個數(shù)量級,比較發(fā)現(xiàn),SGD是渤海灣水體中Fe、Mn和Zn的主要來源。因此,渤海灣SGD對海洋水體中元素的生物地球化學循環(huán)具有重要的作用,在今后評估污染物來源過程中,需考慮SGD攜帶的陸源物質通量的估算。
【學位單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：X55
【部分圖文】：

2輸入的研究，評價SGD輸入的營養(yǎng)鹽和重金屬通量的重要性，對渤海灣水域生態(tài)環(huán)境保護與治理具有重要意義。另外，也能為繼續(xù)開展此類科學研究工作奠定基礎，具有重要的學術意義。1.2國內外研究現(xiàn)狀與進展1.2.1海底地下水排泄定義及驅動力海底地下水排泄（SGD）定義為：不論水流的組成、來源和驅動力如何，只要是通過海陸界面由海底排放進入海洋的所有地下水流都算作SGD（Burnettetal.,2003）。SGD組成主要包括兩個部分：一個是來自內陸的純淡水補給量（SubmarineFreshGroundwaterDischarge，簡稱SFGD）；另一個是海水進入含水層后又流回到海洋中的部分，稱為海水再循環(huán)量（RecirculatedSalineGroundwaterDischarge，簡稱RSGD），如圖1-1所示。圖1-1海底地下水排泄過程示意圖（改自WHOI）

5圖1-2天然放射性Th、U衰變系基于鐳同位素源匯項，建立穩(wěn)定態(tài)鐳同位素質量平衡模型，即輸入通量等于損失通量，進而估算出SGD輸入的鐳同位素的通量，再通過選取合理的鐳同位素地下水端元，估算出SGD通量，該質量平衡模型被廣泛運用于很多研究中（如Moore,1996,Mooreetal.,2006;Petersonetal.,2008;Wangetal.,2015;Zhangetal.,2017）。氡質量平衡模型評估SGD的原理與鐳同位素基本相同，只是在源匯項上稍有差異，如氡的損失項中包括大氣逃逸損失項，而鐳同位素卻沒有。氡也被廣泛運用于評估SGD的研究中（如Burnettetal.,2003;Burnettetal.,2006;Kimetal.,2005;Santosetal.,2009;Zhangetal.,2016）。Zhangetal.(2017)指出在已有的鐳、氡同位素質量平衡模型評估SGD的研究中，如果不考慮RSGD造成的示蹤劑的損失，將影響SGD的精確評估。

61.2.3海底地下水排泄的研究現(xiàn)狀國外對SGD的研究始于上世紀90年代，自Moore（1996）在Nature上發(fā)表了利用鐳同位素法評估SGD的文章以來，鐳氡環(huán)境同位素示蹤法在SGD的研究中得到廣泛應用。以“Submarinegroundwaterdischarge”為主題在“webofscience”數(shù)據(jù)庫中搜索，自1996年以來共有1298篇關于SGD的研究，在2013年以后，每年增加一百多篇，成為研究熱點（圖1-3）。圖1-4為全球除中國以外的國家利用鐳、氡同位素法評估SGD的研究地點分布圖。目前世界范圍內研究SGD場地最多的國家仍是美國，尤其美國的東海岸是SGD研究非常成熟的海岸之一（圖1-4）。Moore（2007）利用鐳同位素法研究了美國東南部大陸架地區(qū)SGD隨季節(jié)性變化；McCoyetal.（2007）利用氡同位素法評估了該地區(qū)SGD，驗證了與Moore（1996）一致的結果。Becketal.（2008）利用鐳的四種同位素評估了紐約大南灣地區(qū)SGD。此外，在美國進行過SGD研究的地區(qū)還有坦帕灣（Swarzenskietal.,2006）、墨西哥灣地區(qū)（Santosetal.,2009）、舊金山灣（Kimberlyetal.,2011）、薩拉索塔灣（Mwashoteetal.,2013）、紐約長島（Garcia-Orellanaetal.,2014;Tamborskietal.,2015;Tamborskietal.,2017）、莫比爾灣（Danieletal.,2019）以及夏威夷島（Petersonetal.,2009;Nelsonetal.,2015;Kellyetal.,2019）等。圖1-3.以“Submarinegroundwaterdischarge”為關鍵詞，在“webofscience”上檢索的全球SGD每年發(fā)表的SCI論文數(shù)量（統(tǒng)計于2019年12月31日）
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本文編號：2863031