用镭同位素评价九龙江河口区的地下水输入

为评价九龙江河口区的地下水输入量及其输送的营养盐数量,建立了天然存在的镭同位素224Ra和226Ra的质量平衡模型。镭的源项考虑了河流的输入、河流悬浮颗粒的解吸、沉积物再悬浮颗粒的解吸、沉积物扩散输入、涨潮时外海的输入和地下水的输入;镭的汇项考虑了镭的放射性衰变,以及退潮时河口水的输出。根据镭的质量平衡计算,地下水输入的镭通量约占河口区镭总输入通量的41.9%~56.9%,转换成地下水输入量为1.65亿1.83亿m3/d,该地下水输入量是河流径流输入量的4倍多。以陆源地下淡水占总的地下水输入量的10%考虑,计算获得营养盐输入通量分别为461万mol/d(DIN)、22万mol/d(DIP)、694万mol/d(DSi),它们分别约是河流输入营养盐通量的23%(DIN)、28%(DIP)、77%(DSi)。结果表明九龙江河口的地下水输入量及其所输送的营养盐相当可观,所输入的营养盐是海域富营养化的潜在影响因素,在未来的河口环境管理中应引起重视。     

用氢氧稳定同位素评价闽江河口区地下水输入

通过分析闽江河口区降水、地表水和地下水的氢氧稳定同位素特征,揭示降水的环境同位素效应和地下水的形成演化规律,定量评价河口区多种水体的混合过程及地下水输入量。夏季的降水氢氧同位素组成相对贫化,呈现出降雨量效应。在δ18O与δD关系图上,闽江北岸基岩裂隙水、平原及丘陵区浅层地下水均落在福州降水线上,而南岸平原及丘陵区浅层地下水大部分落在福州降水线右下方,其拟合线与降水线交点与5~9月农灌期降水氢氧同位素加权值接近,表明北岸地下水主要来自降水补给,而南岸地下水同时接受灌溉水和降水补给,并在入渗过程中经历了不同程度的蒸发作用。闽江河口段除接受两岸地下水补给外,局部河段还接受断裂带裂隙水补给。将线性端元混合模型、数字高程模型和地下水文分析法结合起来定量评价地下水的输入和各水体的混合过程,结果显示,在河口段淡水区,地下水混合比率上限为8.8%,其中包括0.4%的断裂带裂隙水;在河口段淡咸水混合区,淡水(河水、地下水)和海水的混合比为53:47,其中地下水的保守混合比率为1.7%;枯水期闽江河口段地下水保守输入量为87.0 m3/s,是闽江径流量的12.8%。     

用氢氧稳定同位素揭示闽江河口区河水、地下水和海水的相互作用

为了揭示闽江河口两岸的地下水形成演化规律以及河口区河水、地下水和海水的相互作用, 分别于2009年枯水期(10至11月)和2010年丰水期(7至8月), 在闽江河口区采集了河水、地下水和海水样品, 测定了水样的氢氧稳定同位素组成和盐度。研究结果表明: (1)闽江河口两岸的浅层地下水主要接受降水补给, 北岸地下水还接受山区基岩裂隙水补给, 南岸浅层地下水在枯水期还接受经过蒸发作用的灌溉水补给; (2)闽江河口区, 枯、丰水期河水与地下水的补排关系始终表现为地下水补给河水, 枯水期南岸地下水在河口混合中的贡献明显增大; (3)海岸带含水层基本上不存在海水入侵, 仅局部含水层有微弱的海水入侵迹象; (4)丰水期和枯水期的淡咸水混合带在河口中的位置和混合类型存在明显差异。     

用镭同位素评价海水滞留时间及海底地下水排泄

海底地下水排泄(submarine groundwater discharge, SGD)难以直接测量, 镭同位素和氡-222等天然示踪剂使得间接评价SGD通量成为可能.为了评价五缘湾的水体滞留时间和SGD通量, 实测了湾内海水、湾外海水和地下水中224Ra和226Ra的活度, 利用224Ra和226Ra半衰期的差异, 采用224Ra与226Ra的活度比值计算湾内水团的年龄和平均滞留时间, 利用224Ra和226Ra的质量平衡模型计算SGD通量.五缘湾13个站位的水团年龄在0.6~2.4 d之间, 湾顶水团年龄相对较大, 平均海水滞留时间1.4 d.地下水输入五缘湾的224Ra和226Ra通量分别为5.17×106 Bq/d和5.28×106 Bq/d, 将该通量用地下水端元的活度转换成为SGD通量分别是0.21 m3/m2/d(224Ra平衡模型)和0.23 m3/m2/d(226Ra平衡模型), 两种模型的结果较接近, 其平均值0.22 m3/m2/d可作为五缘湾的海底地下水排泄通量.      

闽江河口区水体中镭的分布特征及河水与海水的混合速率

入海河口中河水与海水的混合是海洋学中一个重要的界面过程,两者混合尺度和混合速率关系到河流携带物质的扩散范围和归宿,采用天然示踪剂²²⁴Ra和²²⁶Ra计算河水与海水的混合速率。2010年8月28日,采集了闽江河口区地下水样20个、河水样13个、河水与海水的混合水样12个,分别测量了每个水样的盐度、²²⁴Ra活度和²²⁶Ra活度。结果表明：地下水中²²⁴Ra、²²⁶Ra活度普遍高于河水;所有水体中的²²⁴Ra活度普遍都高于²²⁶Ra活度;河水遇到海水后,²²⁴Ra活度出现较大幅度的增加,而²²⁶Ra活度的增加并不明显。基于²²⁴Ra与²²⁶Ra半衰期的差异,在只有河水与海水发生涡流混合的情况下,计算获得河水与海水的混合速率为140.2~142.5 m/h。     

用氡-222评价五缘湾的地下水输入

海底地下水排泄(SGD)近年来成为陆-海相互作用的研究热点,地球化学示踪方法是其主要研究手段,尝试用天然示踪剂氡-222评价厦门五缘湾的SGD。为了评价五缘湾SGD的入海通量及其变化,对五缘湾海水中²²²Rn和²²⁶Ra活度、大气中²²²Rn活度、风速、水温和水深进行了连续2 d的测量,对沉积物进行了培养实验用以获得其²²²Rn扩散通量和孔隙水中²²²Rn活度。基于海水中²²²Rn通量的质量平衡,对实测的海水中²²²Rn活度实施了母体支持、涨落潮影响、大气逃逸损失、沉积物扩散输入、混合损失的校正,保守估计SGD输入的²²²Rn通量在0~126.7 Bq/(m²·h)范围内变化,对海水中²²²Rn的平均贡献达54%。以井水和孔隙水中²²²Rn的加权平均值作为SGD端元的代表,获得SGD的输入速率为0~29.3 cm/d,平均输入速率9.3 cm/d。SGD输入速率的动态变化基本围绕12 h的周期波动,是对本海域正规半日潮的具体响应。假设SGD以平均速率在五缘湾海底输入,则五缘湾海底的SGD输入量为1.86×10⁵ m³/d。以陆源地下淡水占SGD输入量的10%考虑,五缘湾的陆源地下淡水输入量约为1.86×10⁴ m³/d。