氡同位素示踪渤海湾西部海底地下水排泄

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海底地下水排泄(Submarine Groundwater Discharge,简称SGD)定义为所有经由大陆架边缘从海底进入海水中的水量,包含两部分,即海底地下淡水排泄(Submarine Fresh Groundwater Discharge,简称SFGD)和再循环海水(Recirculated Saline Groundwater Discharge,简称RSGD)。由于含水层与孔隙水之间的离子交换作用,SGD往往有更高浓度的溶质,并输送大量污染物和营养盐进入近岸海水。渤海湾三面环陆,主要污染为人类活动产生的陆源污染物。在渤海湾定量计算SGD,有助于渤海湾的污环境保护和污染治理。本研究利用2017年春季(4月28日-5月11日)和夏季(8月11日-8月22日)在渤海湾西部采集到的地下水,海水,河水样品,研究222Rn及其衰变母体226Ra的空间分布变化。在利用226Ra和盐度建立河水、海水和地下水的三端元混合模型讨论渤海湾内水体混合后,基于纳潮量模型计算得到渤海湾西部水体在春季和夏季的刷新时间分别为22.03-40.48 d、10.11-15.65 d。又利用226Ra和222Rn质量平衡模型结合的方法,计算得到渤海湾西部海水刷新时间,春季为6.45-18.06 d,夏季为8.58-21.53 d。两种刷新时间模型的结果接近,可相互验证。三端元混合模型可计算出外海海水占湾内水体的比例,春季渤海湾外海海水占总水量的88-93%,夏季渤海湾外海海水占湾内水体的比例为77-85%。利用所得的水体刷新时间和222Rn质量平衡模型,可以计算得到渤海湾西部春季SGD为(5.13-9.38)×108 m3/d,夏季SGD为(6.24-13.1)×108 m3/d。作为氡的主要补给项,春季SGD输送约1.6倍于夏季的氡量到渤海湾水体中,但是渤海湾水体夏季的平均222Rn活度仍高于春季,这是因为春季有更多的氡大气逃逸损失。春季大气逃逸损失量比夏季高82%。考虑到RSGD过程对氡质量平衡的影响,本研究使用了含RSGD的222Rn质量平衡模型,并结合盐度质量平衡再次计算刷新时间和SGD。新模型计算的渤海湾西部水体刷新时间在春季,夏季分别为7.31-23.08 d,9.00-21.32 d。盐度质量平衡模型计算出的渤海湾春季SFGD为(4.07-13.4)×107m3/d,夏季为(1.19-3.02)×108m3/d。渤海湾西部中SFGD占SGD比例春季和夏季分别为4-26%,9-49%。SFGD是渤海湾淡水的主要补给项,即使在夏季丰水期,SFGD也是河流排泄的7.5-19.0倍。对比两个模型的结果表明,考虑RSGD引起的氡损失的模型结果和不考虑RSGD的模型结果相差不大,前者比后者小了0.3-1%。
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