镭同位素评估辽东湾海底地下水排泄及其携带营养盐通量

发布时间：2020-05-28 14:48

【摘要】：海底地下水排泄(submarine groundwater discharge,简称SGD)指通过陆架边缘所有由海底进入海水中的水流,而不论流体的组分和驱动力如何。由于受陆地和海洋双重驱动力作用,它包括来自内陆的陆源淡水(submarine fresh groundwater discharge,简称SFGD)和再循环海水(recirculated submarine groundwater discharge,简称RSGD)两部分。作为全球水循环的一部分,海底地下水排泄是海洋中水和各种营养组分的重要来源之一,同时也是各种污染物从陆地流向海洋的一个重要渠道,对近岸海洋环境有着重大影响。辽东湾作为渤海的三大海湾之一,一直鲜有其SGD方面的研究。本文以辽东湾北部区域(下文简称:辽东湾)为研究对象,构建了~(223)Ra与~(226)Ra的质量平衡模型,计算得到辽东湾水体刷新时间为:57.1~73.3d,均值为65.2d;又利用镭同位素表观年龄模型和物理模型计算得到辽东湾水体刷新时间分别为:43.0-49.8d、60.0~77.0d,三种方法所得结果基本一致。利用所得水体刷新时间及镭、水及盐质量平衡模型,计算得到春季辽东湾SGD为(2.53-3.26)×10~8m~3/d,辽东湾SFGD为(5.79-6.66)×10~7m~3/d,占辽东湾SGD量的20%-23%,约为枯水季河流流量的5.5~6.3倍。此外,考虑到海水再循环(RSGD)过程对镭的影响,本研究又利用考虑了RSGD影响的镭质量平衡模型计算辽东湾的水体刷新时间,得到其范围为50.4~62.5d,相应的SGD为(1.48-5.96)×10~8 m~3/d。结果表明,不考虑RSGD影响计算得到的SGD比考虑了RSGD影响得到的SGD值低50%左右。对于水体混合过程,本研究根据~(223)Ra、~(224)Ra在湾内的分布状况及其一维扩散模型,计算了辽东湾内的水平涡动扩散系数。结果表明,2017年春季辽东湾内的水平涡动扩散系数为1.99-6.10×10~6cm~2/s。基于上述结果,本研究还计算了2017年春季辽东湾内由SGD携带入海的营养盐通量。辽东湾近岸地下水中DIN((NO3-N)/DIP高达153,由SGD携带入海的DIN、DIP通量分别为:(2.64-3.40)*10~8 mol/d、(1.73-2.23)*10~6 mol/d,分别是河流输入通量的117~150倍、22-29倍,说明SGD携带输送的营养盐是辽东湾营养盐的主要来源,其改变了辽东湾海水的原生营养结构。
【图文】：

中国地质大学（北京）硕士学位论文3图1-1 海底地下水排泄示意图（据：Taniguchi et al., 2002 修改）1.2.2 研究方法目前国内外有关 SGD 的研究方法主要有三种：环境同位素示踪法、水文计算法及现场直接测量法（李海龙等, 2015；张艳, 2016）。（1）现场直接测量法现场直接测量法为主要使用渗流仪直接测量海底地下水排泄量的方法，比较适合在近岸小尺度的研究中运用。手动渗透仪最早由 Lee（1977）发明，其结构原理较简单：由一个一端封闭、容积为 208L 的圆柱型钢筒、一个 4L 的集水袋及一个带阀门连接管组成。测量时将圆筒开口端插入沉积物中，待筒中达到平衡后，打开连接柱与集水袋开关，地下水便可由连接管进入集水袋，根据袋中水体体积及积水时间可计算得到地下水排泄量。随着对 SGD 相关研究的不断深入，现场直接测量法所用的渗流仪也在不断更新，出现了很多新型自动设备。如：热脉冲型自动渗流仪（Heat pulse-typeautomated seepage meter）、连续热型自动渗流仪（Continuous heat-type automatedseepage meter）、超声波型自动渗流仪（Ultrasonic-type automated seepage meter）等（Taniguchietal.,2005;TseandJiao,2008）。当然该方法也有自身缺点，就是所测?

图 2-1 辽东湾地理位置概况图2.2 辽东湾地质与地貌特征辽东湾为大陆架边缘被海水淹没的部分，在其东部海域存在一组由大凌河海底谷底和辽河海底谷底构成的谷系，即：大凌河-辽河海底谷系。该谷系走向大致与辽东湾东西两侧的海岸线平行，基本为辽东湾海底两侧不同地质与地貌类型的分界线（张子鹏，2013）。研究区海底地形大致可分为三部分：第一部分为大凌河-辽河海底谷系以西、兴城以北的海域，该区域海底坡度较小，且平坦开阔，由东北向西南方向逐渐倾斜，水深基本都在 20m 以内，底层沉积物以砂质粉砂及砂质泥为主，砂含量相对较低，，泥含量相对较高；第二部分为大凌河-辽河海底谷系以西、兴城以南的海域，该区域海底起伏明显，坡度较陡，且局部范围内的起伏可达 19‰左右；此外，
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P641.2;P731.2

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本文编号：2685398