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近几十年来,由于人口增加及经济发展,大量有机污染物及营养盐经河流或沿岸点源排放进入珠江河口及其近岸海域,导致水质恶化,引发一系列环境问题,水体缺氧是其中之一。水体缺氧现象是物理过程和生化过程共同作用的结果。物理过程控制溶解氧的输送,而生化过程则控制着溶解氧的产生与消耗。对不同的河口而言,导致缺氧现象产生的主导因素是不同的,而物理过程和生化过程各自对缺氧的贡献也有所不同。珠江河口地形复杂,水体分层、锋面及重力环流等水动力过程对有机污染物、营养盐及溶解氧的时空分布有着深刻的影响。对珠江口的溶解氧收支进行研究,有利于了解主导珠江口缺氧现象产生的物理、生化机制,还可为珠江河口水污染的治理对策、河口海洋环境相关科学问题的解决提供科学的依据,具有重要的科学价值与现实意义。
为此,本文建立了适用于珠江口的三维水动力及水质模型,以对珠江口的溶解氧收支进行研究。水动力—水质模型验证结果表明,模型的计算结果能较好地反映出珠江口的主要水动力及水质过程。
利用模型对1999年7月珠江口的水动力过程及水质过程进行模拟,并利用模拟结果构建珠江口溶解氧的收支模式,量化分析物理过程及生化过程对溶解氧收支的贡献,找出主导缺氧的生化机制,并对各种水动力过程对溶解氧垂向输运的影响进行了定量分析。研究结果表明:
(1)在珠江口密度跃层以上的水体中,水平方向溶解氧的物理输运过程与大气复氧过程相互平衡,对水体中的溶解氧收支起主导作用;而在密度跃层以下的水体中,对收支贡献最大的是水平方向溶解氧的物理输送过程及水体中生化消耗氧过程。
(2)在密度跃层以上的水体中,耗氧最多的生化过程是DOC(DissolvedOrganicCarbon,溶解态有机碳)的氧化反应,平均占珠江口密度跃层以上水体中总耗氧量的68.3%,其次是硝化反应和浮游植物的呼吸作用。密度跃层以下水体中溶解氧收支计算结果则显示,在密度跃层以下水体的众多生化耗氧过程中,SOD(SedimentOxygenDemand,底泥耗氧)占绝对优势,分别占伶仃洋和陆架密度跃层以下水体总耗氧量的86.2%和68.9%。其次才是DOC氧化反应和硝化反应。
(3)在伶仃洋及伶仃洋与陆架交界区域,出现了溶解氧在垂向上从下层水体向上层水体输运的通量。在深槽区及伶仃洋与陆架的交界区域,溶解氧垂向的对流通量比扩散通量要大1至2个级,且方向相反,使得溶解氧净通量从下层水体向上层水体输送;而在伶仃洋内的浅滩区溶解氧的垂向对流通量虽然仍与扩散通量方向相反,但在量值上却要比扩散通量小1至2个量级,使得溶解氧的垂向净通量从上层水体向下层水体输送。
(4)对不同来源POC(颗粒态有机碳)输入响应的数值实验结果显示,没有陆源POC输入的条件下,SOD下降幅度平均达34.8%,底层水体的低氧和缺氧现象有明显改善。而没有海源POC输入的条件下,SOD下降幅度平均仅为7.5%,底层溶解氧的低氧和缺氧现象并没有明显改善。这表明陆源POC的输入对高SOD的产生及缺氧的形成有重要的作用。
综上所述,本文较为完整地描述了珠江口溶解氧的收支模式。