珠江口海底地下水排泄及其生物地球化学影响结题摘要

海底地下水排放对近岸水体碳和营养盐的潜在显著影响而受到越来越多的关注，而珠江口作为受人为活动影响巨大的三角洲地区，是南海北部陆架重要的陆源输入之一，但是其海底地下水排放的地球化学影响的研究非常匮乏，本项目因此以珠江口作为研究区域，以天然放射性镭同位素为地下水入海的示踪剂，展开了对珠江口夏季和冬季两个季节河口水体与周边沿岸地下水中镭放射性同位素丰度以及生源要素的浓度分布的调查，采用了镭的质量平衡模型估算了海底地下水排放的通量，计算了海底地下水排放携带的物质通量及珠江携带的物质通量，并进行了比较，从而评估了海底地下水排放对珠江口的地球化学影响。同时，对同处亚热带的福建省三沙湾和海南岛三亚湾的海底地下水排放通量及其地球化学影响进行了研究，对南海北部陆架的海底地下水排放的通量和其地球化学影响也进行了估算和评估，这些研究为珠江口海底地下水排放研究结果提供了背景场和比较对象。本项目的研究成果揭示了海底地下水排放对珠江口生源要素的分布和收支的显著影响，表明了海底地下水排放携带的碳和营养盐通量与珠江携带的物质通量数量级相同，相当于珠江携带碳通量的20%甚至更高，相当于珠江携带营养盐通量的20%左右。本项目已经发表SCI论文4篇，培养了3名硕士。本项目研究成果将为研究、解决珠江口近几年持续出现的富营养化、缺氧等环境问题提供科学依据。 2100433B

海底地下水排泄作为陆海相互作用的主要途径之一，对河口和陆架边缘海的物质收支、循环以及生态系统有重要的影响，但存在显著的区域性差异。本项目聚焦于这一国际研究热点，以天然放射性镭、氡同位素示踪海底地下水排泄，以南海北部陆架的珠江口为研究区域，以历史数据收集整理、现场航次调查、实验室分析、模式计算为手段，估算珠江口海底地下水排泄通量及其携带的溶解无机碳和营养盐通量，为珠江口生源要素的研究提供重要的源项数据；通过与珠江携带的物质通量和珠江口的入海物质通量的比较分析，评估海底地下水排泄对珠江口生物地球化学的影响。

自由地下水水平排泄

水平排泄多见于山区，常以泉的形式流出地表。

自由地下水垂直排泄

垂直排泄多见于平原，自由地下水通过蒸发而损耗。

为了对地下水脆弱性进行全面评价，需要了解一些特定的污染物信息。本报告中所提及的“污染物”包括对人类健康或其它方面造成不利影响的所有天然和人为形成的物质。必须在天然的地球化学系统和地下水流动系统中考虑人类对污染源和污染物迁移转化的潜在影响。例如，如果土地利用方式（促进污染物迁移的方式）会对地下水流动系统造成一定影响，那幺水资源将更易受到污染物的影响。Welch等人（2000年）指出，人类活动会造成水井中砷浓度的升高。

特定的污染物信息包括：（1）潜在污染源信息；（2）目标污染物的化学性质；（3）污染物在地下水流动系统中的运移机制。

地下水脆弱性污染源

了解土地利用方式、潜在的污染源和地下水资源的固有敏感性之间在时间和空间上相互作用，是确定地球化学系统乃至于地下水对污染物脆弱性的关键。潜在的人为污染物通常位于地下水系统的边界上，污染物会随着补给水源进入地下水系统中。一些污染源，如防护性能较差的化粪池和储油罐，会造成严重的污染问题。天然污染源与含水层的岩性和地球化学条件相关联，有可能会出现在含水层的任何地区。

根据空间范围，通常可以将污染源划分为点状污染源和非点状污染源。点状污染源是指污染物通过某一特定位置释放出来，而非点状污染源是指通过大面积范围释放出来污染物。也可以根据时间范围，将污染源划分为连续性污染源和瞬时性污染源。连续性污染源是指污染物在长期范围内不断释放出来，而瞬时性污染源是指污染物只在某一时刻释放出来。污染源类型（点源、非点源、连续性污染源和瞬时性污染源）的分类，对于确定地下水系统中污染物浓度的时间和空间分布非常重要。在某些情况，点污染源与一个或多个非点状污染源的累积效应非常相似。

地下水脆弱性化学性质

污染物在地下水系统中的运移，会受到某些地球化学效应、放射性作用和活动性微生物的影响。某些化学变化会使某些有害污染物转化为毒害性较小的副产物，而另一些化学作用会使污染物产生的副产物毒性比母体更强，对生态系统和人类的危害也更大。某些放射性物质在天然衰减过程中，也会产生一些副产物，比母体的危害性更大（Focazio等，2000）。在某些情况下，会发现环境中的某些降解（转化）产物的危害远比母体大（Kolpin等，1997）。目前，地下水修复工作越来越关注天然衰减问题，在混合、水平对流和生物降解的共同作用下，污染物的浓度会越来越小（Chapelle等，2000）。与此类似，某些化学变化会使相对稳定的组分变成移动性较强的组分，将母体转化为某些副产物。了解地下水运动的通道和时间，以及污染物的化学性质和生物性质，是确定污染物迁移转化以及可能产生副产物的关键因素。对于可以迅速转化为其它产物的污染物，特别是转化的产物或子产物比母体毒性更大的污染物，这一点尤为重要。另外，地下水污染的脆弱性取决于污染物的溶解性和移动性，而移动性与含水层和抽水井特定的矿物学和地球化学条件有关。

地下水脆弱性弥散和扩散

弥散和扩散是污染物在地下水中重要的运移机制，在地下水运移过程中，这些机制可以将污染物带入到地下水系统中。运移过程中，在地下水系统的某些位置，污染物浓度可能会有所降低，而在另一些地区，污染物浓度却会有所增加。分子扩散是指溶质在浓度梯度的作用下，由浓度高处向浓度低处运动，致使液体中的溶质浓度趋于均匀。而弥散是指由于多孔介质中孔隙系统的存在，致使流体的微观速度在孔隙中的分布大小和方向都不均匀，流体质点的实际运动迂回曲折。弥散使得溶质的运动比单纯对流扩散的范围更广。