前湖湾海岸带及地下河口的水文地球化学过程研究

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海底地下水排泄(SGD)作为海岸带陆海相互作用研究的热点之一,不仅是全球水循环的重要组成部分,更在海洋物质收支平衡中扮演着重要角色。地下河口(STE)作为地下水排泄入海的重要通道,存在地下水与海水机械混合的同时,还发生着许多生物地球化学反应,改变原来地下水的化学组成,使计算地下水输送入海的物质通量变得更为复杂。因此,了解各化学成分在地下河口处的空间分布特征和迁移演化规律,是合理评估地下水对近海生态环境影响的关键环节。  本文是在国家自然科学基金“海底地下水排泄(SGD)的地球化学过程、物质输送及其对海洋的贡献和影响(41372242)”的资助下完成。以漳州前湖湾沿岸地区作为研究区域,对沿岸地下水、潮间带孔隙水进行了调查取样,并对水样的主要阴、阳离子和营养盐进行了测试。在此基础上,首先,运用数理统计法和水文地球化学分析法(Piper图示法、离子比例系数、计算理论混合溶液和矿物饱和指数),分析了沿岸地下水的水文地球化学特征和形成作用,探讨了潮间带咸淡水混合过程中孔隙水化学成分的迁移和转化规律;然后,采用达西定律和水量均衡法计算了地下淡水入海通量及其输送的营养盐通量。获得以下主要认识:  (1)从陆到海方向,前湖湾沿岸地下水化学类型呈现明显的带状分布规律。丘陵地区地势起伏大,地下水补排循环条件较好,水化学类型主要为Ca·Mg-HCO3型,化学成分主要来自硅铝酸盐矿物的风化溶解;山前台地地势有所降低,并且风化残积含水层渗透性较差,地下水交替缓慢,水化学类型逐渐过渡为Ca-Cl型;滨海平原地势平坦,地下水流动缓慢,水化学类型为Na-Cl型,盐度较高,化学成分主要受溶滤作用、蒸发作用以及海水混合作用的综合影响。  (2)前湖湾沿岸地下水的营养盐含量主要受到人为活动的影响,在滨海平原的农田集中分布区,由于人工施肥及灌溉水的下渗作用,使得地下水中NO-3、NH+4和PO3-4含量相对较高。另外,由于岩石矿物(如硅铝酸盐和磷灰石)的风化溶解作用,造成丘陵区地下水中PO3-4和SiO2-3含量相对较高。在含水层岩性、地下水赋存条件的影响下,丘陵区地下水中222Rn含量明显高于滨海平原地下水。  (3)陆源地下淡水在潮间带存在带状渗流分散排泄和泉水集中排泄两种方式。带状渗流排泄分布在高潮线附近,在地下淡水排泄入海之前与海水发生了混合,因此,潮间带孔隙水中主要离子成分变化不仅受到咸淡水机械混合作用的影响,而且还受到阳离子交换作用和矿物溶解与沉淀作用的影响。研究发现咸淡水混合带普遍存在水体中Na+与岩石颗粒上Ca2+、Mg2+的交换作用,以及方解石、文石、石膏的溶解作用和白云石的沉淀作用。  (4)潮间带孔隙水的高含量NO3-主要来自受人为污染的陆源地下淡水,其含量随盐度增大而减小是由于海水的混合稀释作用;孔隙水中NH-4和PO3-4在咸淡水混合过程中,存在不同程度的添加行为,推测主要与海水输送的有机物发生氧化分解有关,但是,NH+4和PO3-4在垂向剖面上则会分别因硝化作用和粘土矿物的吸附作用而发生转化和移除;孔隙水中SiO2-主要受咸淡水混合作用的影响,但在水体迁移过程中SiO2-3还会因矿物风化作用而有所增加。  (5)相比研究区地下水从陆到海的演化特点和化学形成作用,海底泉有其特殊的水化学成分和径流途径,推测海底泉可能是丘陵区基岩裂隙水通过导水断裂带运移至海边,并在较大的水头差作用下透过松散沉积物而出露于潮间带。  (6)运用达西定律和水量均衡法计算了前湖湾滨海地区松散岩类潜水的入海排泄通量,分别为2.06×104 m3·d-1和1.73×104 m3·d-1,在此基础上保守估计了地下淡水排泄时输送入海的营养盐通量,DIN通量为1.59×102 kg·d-1,PO3-4通量为0.64 kg·d-1,SiO2-3通量为6.45×102 kg·d-1,受人为污染较严重的无机氮排泄入海将对近海的生态环境产生一定影响。
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