中国东部若干入海河流水化学特征与入海通量研究

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河流水体水化学特征不仅可以反映流域岩石化学风化的强弱和类型,其在一定程度上还能反映水体的环境质量状况;而岩石化学风化作用是研究海陆物质循环和全球气候变化的重要环节。基于此,论文主要研究内容包括4大部分:一,探讨了中国东部主要入海河流水化学特征,通过河流水化学特征分析了其主要的控制因素,讨论了流域岩石的主要岩石风化类型;二,对长江流域从其干流、支流、河口、湖泊、水库以及流域降水的水化学特征入手,分析了其间的差异,探讨了他们水化学特征之间的影响与关联,估算了大气降水对主要离子的贡献率,计算了化学风化率与大气二氧化碳消耗量;三,通过近年来长江河口水化学组分观测,分析了近年来长江水化学组分与入海通量的变化趋势及其影响因素,并结合水文年鉴上收集到的相关数据,探讨了长江近50年来水化学特征与入海通量的变化趋势,并用河流水质演化概念模式(Meybeck)对其现阶段及未来水质变化进行了分析;四,结合各大河流水文资料,从已有的水化学资料入手,对各大海区输入河流溶解质和DIC输送通量进行了估算。具体获得如下一些初步认识:(1)黄河、海河、滦河水体矿化度很高,约为世界河流平均矿化度的3~6倍,其水化学组成以Na+、Ca2+、Cl-、SO42-和HCO3-为主,主要受蒸发岩风化和人类活动影响;鸭绿江受降雨充沛、植被发育的影响,风化作用较弱,水体矿化度与世界平均水平相当;长江水体矿化度为世界河流平均矿化度的2倍之多,主要化学组成以Ca2+、SO42-和HCO3-为主,是典型的碳酸盐风化类型,沿江工农业污染对长江河水化学组成影响较大,主要对SO42-和TN;浙江沿海河流,钱塘江水体矿化度略高于世界平均水平,低于长江,灵江和瓯江水体矿化度低于世界平均水平,而椒江、甬江和鳌江水体矿化度变化复杂,变化幅度大,可能是外来溶解态物质的影响;大气降水对浙江沿海河流水体中Na+和Cl-的贡献率较高,岩石风化则以硅酸盐风化为主,浙江沿海河流化学风化率均高于世界平均水平,且各大河流均有差异,其主要因素是地势起伏和人类活动,其次可能是森林覆盖率、耕地面积比率和水土流失比率;浙江诸河每年平均消耗大气CO2约26.69×106mol;海南诸河属降水控制类型,由于全岛降雨量大,河水矿化度远低于世界平均水平,大气降水对河流水体中SO42-、Na+和Cl-的贡献率较高;全岛岩石以硅酸盐风化为主。据估算,南渡江流域化学风化率与万泉河流域相当,高于世界平均水平,南渡江CO2消耗总量约为万泉河流域的7.5倍,占全岛二氧化碳消耗总量的60.52%。(2)长江上游水库水体矿化度远高于长江干流,主要受蒸发浓缩作用控制,长江河口、洞庭湖、鄱阳湖水体矿化度均小于长江干流,由于洞庭湖受矿化度较小的地下水补给,据估算,2008年1月,东洞庭湖地下水补给量最大,达7.35×108m3,其次是西洞庭,达2.79×108m3,南洞庭地下水补给量为1.36×108m3,其补给量大小与湖泊各区分布的面积相关;长江干流SO42-浓度从上至下有逐渐增加的趋势,主要受到工业污染排放影响,TN与Cl-浓度也有相同变化趋势,但分别受到农业活动与循环盐的贡献,大气降水对长江上游和下游水体贡献率大于中游;海盐校正后,计算得到长江流域化学风化率和大气二氧化碳消耗总量,研究发现:长江流域各分区化学风化率均高于世界平均水平,且上游强于下游,最小为中游;大气CO2消耗量则是中游大于上游,下游最小,分别为上游达338.23×109mol/yr,中游为385.79×109mol/yr,下游为223.24×109mol/yr,长江全流域CO2消耗总量占世界河流CO2消耗总量的4.5%;各支流化学风化率表现为上游强于下游,最小为中游;支流中CO2消耗量最少的为江西修水,赣江次之;(3)长江河口水体主要离了浓度与径流呈现很好负相关关系,季节变化明显,但主离子浓度季节差异小于径流量的季节差异;河口水体中K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO42-,NO3-,总硬度/总碱度有上升趋势,尤其以SO42-和总硬度/总碱度的上升趋势显著,SiO32-,HCO3-则表现出下降趋势。引起近年来长江口水体主离子浓度变化的影响因素为工业排放、环境酸化、循环盐和三峡蓄水。近年来入海溶解质量有减少趋势,DIC输送量基本没有变化;近五十年来长江水体SiO32-、HCO3-浓度下降,NO3-、SO42-浓度上升,入海径流量50年来变化不明显,TN输送量呈现较为明显的增加趋势,DIC输送量整体上呈现减少趋势,但变化很小,入海SiO32-总量呈现递减趋势。(4)我国河流水体矿化度北部和中部大多高于世界河流平均水平,整体表现出往南有偏小的趋势;化学风化率则表现为北部最小,南部其次,中部最大;长江流域CO2消耗率最高,海南岛各河流流域最小,前者为后者的10倍之多;中国东部河流流域每年消耗大气CO2总量为1569.5×109mol/yr,约占世界总量的7.47%。据估算,每年输入黄海、渤海、东海、南海的总水量达15923×108m3,入海沙量达17463.6万吨,入海总溶解质量达263.95×106t,入海DIC量达127.45×106t,但各海区分配比例不一致,基本上入海水量、溶解质量、DIC量分配比例较为一致,而沙量分配比例则不同。
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