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

【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。