天然镭氡同位素示踪调水调沙对黄河口水体运移及海底地下水排放的影响

发布时间：2020-08-28 08:29

　　河口及地下河口都是陆源物质向海洋输送的重要通道,影响海洋中物质的地球化学循环及近岸生态系统的健康。目前,河口区域受人为的改造与影响日益明显,例如水库水坝的大量建设改变了河流向河口水量输送的自然分配。黄河口作为黄河水沙的承泄区域,直接受黄河水沙输送的影响。黄河每年实施的调水调沙工程在短时间内向黄河口输送大量水沙。调水调沙带来的剧烈水沙变化恰为河口水体运移及海底地下水排放(SGD)过程的研究提供了天然的原型实验室。天然镭、氡同位素在示踪水体运移及SGD方面有重要的应用价值。研究调水调沙影响下的黄河口水体运移及SGD的变化过程,将为理解河口地区水体的更新能力、物质的来源归宿与收支平衡提供新的视角,为评价人类的大型水利工程对河口的影响、制定合理的生态环境保护措施提供科学依据。本研究在2013～2014年的调水调沙与非调水调沙期间,分别研究了黄河下游、黄河口海域以及黄河三角洲地下水中的三种镭同位素(223Ra、224Ra、226Ra)和氡同位素(222Rn)的时空分布特征及受调水调沙的影响,同时还通过渗滤实验模拟了黄河三角洲地下水中镭的解吸行为及其影响因素；以镭同位素的研究为基础,结合盐度、浊度等水文参数,同时利用镭的表观年龄模型,定性及定量评价了调水调沙对黄河口水体运移的影响；利用镭、氡同位素的分布特征并结合水体剖面水文参数,同时利用镭同位素质量平衡模型、镭和氡的时间序列模型,定性及定量评价了调水调沙对黄河口SGD过程的影响；系统地比较了黄河下游河流、黄河口海域及黄河三角洲地下水中的各营养盐浓度和组成,分析并讨论了调水调沙对黄河河流、SGD向黄河口输送营养盐的影响。主要得到以下结论：(1)尽管调水调沙和非调水调沙期间水沙条件差异显著,黄河河水中溶解态镭同位素的活度变化较小,镭同位素的活度一定程度上受SPM浓度的控制。调水调沙期间黄河河水中222Rn的活度明显高于非调水调沙期间,该差异可能由调水调沙引起的地下水排泄增加导致。(2)受调水调沙的影响,黄河口水体中镭同位素的活度比非调水调沙期间显著升高。黄河口海域镭同位素随盐度呈现“中间高、两端低”的不保守分布。调水调沙期间黄河口水体中222Rn的活度比非调水调沙期间也显著升高。黄河口海域222Rn的最高活度出现在口门及口门外的低盐度海区,在中盐度到高盐度海区,222Rn的活度快速衰减直到接近外海受支持的活度水平。(3)黄河三角洲沿岸地下水中的镭同位素含量普遍高于其在黄河以及黄河口水体中的含量,且具有较大的空间分布差异。受调水调沙影响,在距离河岸较近的地下含水层中,地下水中的盐度和镭同位素含量较非调水调沙期间明显下降。黄河三角洲沿岸地下水中的222Rn活度也存在明显的空间差异,主要是由海岸沉积物类型不同以及受海水改造程度的不同导致。(4)渗滤实验的结果表明,影响沉积物中镭同位素解吸行为的关键因素是地下水的盐度而非地下水流速。随着渗滤水体盐度的增大,地下水中镭同位素的解吸量呈线性增加,据此回归得到的经验公式可为量化SGD镭端元值提供参考信息。(5)同非调水调沙期间相比,调水调沙期间镭同位素活度的峰值在盐度较低的河口水体中出现,黄河冲淡水及泥沙扩散的范围明显增加,这表明调水调沙增强了黄河口水体动力,增大了黄河冲淡水的扩散范围。由表观年龄模型计算得出,黄河口水体运移速率分别为2.4±0.6 km d-1(2013年非调水调沙)、5.9±2..2 kmd-1(2013调水调沙)、2.7±0.7 km d-1(2014年非调水调沙)、5.5±1.2 km d-1(2014调水调沙)。当黄河径流量从非调水调沙期间的400 m3 s-1增加至调水调沙期间的3000 m3s-1,黄河口水体运移速率增加了1～2倍。(6)222Rn和220Rn活度的共同高值区可指示SGD的集中排放点,调水调沙使SGD集中排放点的排泄量显著增加。盐度、温度、浊度、DO的垂直剖面分布验证了调水调沙期间黄河口中存在大量的陆源淡水地下水排放(FSGD)。由SGD的量化模型得出,非调水调沙期间黄河口SGD的通量为11～26 cm d-1,调水调沙期间黄河口SGD的通量增至62～122 cm d-1。调水调沙期间黄河口SGD通量是非调水调沙期间的6倍以上。调水调沙期间黄河口SGD趋于在河道延伸方向上集中排放,并且FSGD占总SGD的24%以上。(7)黄河三角洲地下水的营养盐在浓度和组成上与黄河河水有显著的不同,表现为较低的DIN/DIP和较高的NH4+-N/DIN。SGD对黄河口海域营养盐的输送可能会反向作用于黄河对黄河口营养盐结构的影响。调水调沙会同时增加黄河和SGD对营养盐的输送通量。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TV148;X143

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