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本文依托国家自然科学基金项目“多种方法研究胶州湾海底地下水排泄(41072174)”,通过运用天然存在的氡技术,对胶州湾的海底地下水排泄(SGD)进行评价,并对其输送的营养盐通量进行估算。
本研究利用RAD7(电子测氡仪)对胶州湾周边的地下水、河水和海水进行222Rn活度测量。测得2011年9~10月胶州湾周边地下水中222Rn的平均活度为16706Bq/m3,河水中222Rn的平均活度为1970Bq/m3,湾内海水中222Rn的平均活度为221Bq/m3;2012年4~5月地下水中222Rn的平均活度为17855Bq/m3,河水中222Rn的平均活度为393Bq/m3,海水中222Rn的平均活度为111 Bq/m3。研究显示地下水中222Rn活度的空间分布主要受控于地质环境因素(岩性),且受降水影响。
2011年10月和2012年5月在胶州湾北岸东大洋码头附近对海水中的222Rn进行了48小时连续测量。海水中222Rn活度的时间分布显示与潮高近似呈负相关关系,推测是潮汐泵效应影响到海底地下水的排泄所致。将测得的结果经过大气逃逸、潮汐涨落、混合损失、沉积物扩散等校正,计算得单位面积海底地下水日排泄通量平均值分别为0.064m3/(m2.d)(2011年10月)和0.083m3/(m2.d)(2012年5月)。实际观测到的海底地下水排泄速率动态变化较大,主要控制因素是降水、潮汐和波浪。
通过分析和识别胶州湾222Rn的源汇项,认为222Rn的源项主要有:SGD输入的222Rn,河流输入的222Rn,沉积物扩散输入的222Rn,226Ra支持的222Rn,城市废水输入的222Rn。222Rn的汇项主要有放射性衰变损失的222Rn、逸散损失的222Rn和混合损失的222Rn。
通过构建整个胶州湾222Rn的质量平衡模型,量化各个源汇项,计算得全湾海底地下水排泄量2011年10月为10.62×106m3/d,约为同期周边河流径流入海量的38.8%;2012年5月为3.72×106m3/d,约为同时期河流径流入海量的29.7%。计算的SGD通量既包括陆源淡水,也包括再循环海水。
如果把再循环海水考虑在内,且认为营养盐在滨海含水层中的化学行为是保守的,近似估算SGD输入胶州湾的营养盐通量,则得2011年9月SGD输送的DIN、SiO2-3-Si、PO3-4-P通量分别为665.90×104mol/d、163.11×104mol/d、0.12×104mol/d;2012年5月输送的DIN、SiO2-3-Si、PO3-4-P通量分别为209.25×104mol/d、85.96×104mol/d、3.60×104mol/d。