三峡水库调蓄下长江河口水盐动态与土壤盐渍化演变特征研究

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长江河口区域自然条件优越,但由于该区地处入海口,地势低平,水盐排泄不畅,常受海潮顶托、咸水入侵的影响,环境要素复杂多变,生态环境脆弱,涝渍和盐碱为影响该区生态环境和农业生产的重要障碍因素。三峡水库调蓄可造成长江干流与长江河口地区水文情势的改变,有可能对河口的水盐平衡过程、土壤盐渍化演变和农业生态环境造成一定程度影响。因此,分析河口地区水盐动态规律与水盐影响要素的交互作用机制、研究三峡调蓄对长江河口水盐动态的影响机制,分析与评估三峡调蓄对土壤盐渍化发生演变的影响规律,对深入阐明长江河口水盐动态规律及其演变特征、进一步明确大型水工程对河口水盐等生态环境要素的影响与作用机制、量化评估大型水工程影响河口区域土壤盐渍化的程度和范围,防控大型水工程的生态环境影响,具有重要的理论意义和应用前景。本论文通过长江河口水盐动态监测试验,重点分析了长江河口区土壤水盐动态特征与水盐影响要素的交互作用机制,研究了三峡调蓄对河口土壤水盐动态的影响与作用机制,分析与评估了三峡调蓄过程对土壤盐渍化发生演变的影响与作用规律,对长江河口区典型断面土壤盐分的动态变化进行了初步预测。主要研究内容如下:  1.长江河口区水盐动态的变化规律分析长江干流流量与河口长江水位之间存在相近的变化规律,各水盐要素的差异性变化与距入海口门的距离有关。近口门江段的江水含盐量对海潮入侵具有快速响应,距口门较近处的江水盐分含量较高,且变幅较大。春季海潮入侵时段各江段含盐量差异较小,秋季海潮入侵时段江水含盐量的增幅与各江段距口门的距离有关。河口地区地下水埋深普遍较浅,均在盐分易累积的临界埋深以内,且秋季地下水矿化度超过1.5 g/l。长江南岸土壤盐分含量较高,受母质和地理位置影响;北岸断面随着距入海口距离的增加土壤盐分含量有所降低。水文年型对河口区水盐要素的动态变化存在影响:枯水年与平水年江水位较低,江水盐分和内河水盐分含量保持在较高水平;枯水年地下水盐分含量普遍高于丰水年,土壤盐分更易累积。  2.长江河口区域土壤水盐影响因子及其交互作用机制研究研究并分析了长江河口地区水盐动态的影响因子及其交互作用机制。结果表明影响长江河口水盐动态的因子主要包括:长江干流流量、长江水位、长江水含盐量、地下水含盐量、地下水埋深与气象要素等。长江干流的流量变化对长江口江水位和江水盐分均有较大程度影响,大通流量与长江口江水位和江水电导率均呈极显著相关。大通站长江干流流量的变化与长江河口水位和江水盐分含量的响应关系存在20天左右的滞后。长江水位与长江水盐分含量之间呈显著负相关,青龙港水位与大兴断面江水盐分的响应关系存在5~10天滞后。江水与邻近地区的地下水之间存在明显水力联系,江水位对地下水位的动态变化存在显著影响。地下水盐分动态变化也受江水影响,且地下水盐分受江水盐分的影响程度随着与江堤距离的减小而逐渐增强。地下水含盐量与土壤含盐量密切关联,而地下水埋深和前期影响雨量共同影响土壤水分的变化,长江河口地区浅地下水埋深条件下土壤盐分更易积累。  3.三峡调蓄对河口水盐动态的作用机制研究三峡水库蓄水过程造成蓄水时段坝下流量减少,大通站长江流量的变化很好地响应了三峡坝下流量的改变,说明坝下流量的变化会向下游传递从而造成下游乃至河口长江径流量的变化,且秋季三峡水库调蓄时的蓄水速率是影响水库出库流量的重要因素。三峡蓄水过程与长江不同水文年型的流量差异对当年长江河口地区水文情势变化具有叠加影响,改变了河口海水入侵态势,造成海水入侵强度的增加,江水盐度显著升高。三峡调蓄造成坝下流量降幅达5000m3/s时,其可能造成河口江水电导率约升高6.25 mS/cm。三峡水库调蓄量占调蓄时段长江干流本底流量比例高的年份,秋季蓄水时段河口江水电导率明显处于较高水平。三峡水库调蓄造成了坝下流量减少,导致长江入海径流量减少和河口江水位降低;受长江干流流量降低和江水位下降的影响,河口区海水入侵强度有所增加,江水含盐量呈上升趋势;江水含盐量上升导致地下水盐分含量增加;长江河口区域地下水埋深较浅、秋季蒸降比值较高,地下水中的盐分易于在表层土壤中聚集。2006年调蓄时段与蓄水前相近流量过程时段的比较分析结果表明,2006调蓄年河口江水电导率、地下水电导率与土壤电导率均显著高于蓄水前相应测值,土壤盐分监测数据也表明该蓄水年份土壤盐分含量有一定幅度增加。  4.三峡调蓄对河口水盐动态与土壤盐渍化的影响与预测研究三峡调蓄后河口海潮入侵的规律有所改变,下半年海潮上溯有所增强,江水盐分含量升高,江水对地下水补给状况也有所变化。三峡调蓄前后河口水盐要素测值的比较分析结果表明:蓄水年份下半年干流径流量和河口江水位均低于未蓄水年份均值,而下半年江水电导率测值则高于未蓄水年份均值;蓄水后春季咸潮有所减弱,而秋季咸潮强度增加;蓄水年份内河水和地下水电导率均高于未蓄水年份均值,而蓄水年份地下水埋深均值减小;蓄水年份土壤盐分含量有较大幅度升高。研究表明,三峡调蓄对河口水盐动态和土壤盐渍化存在一定影响。蓄水年秋冬季江水电导率较蓄水前升高幅度达33.8%,地下水电导率增加幅度达49.0%,而土壤盐分含量也存在较大幅度上升;蓄水对距入海口22 km范围内的海水入侵强度的增强。蓄水速率对江水位和江水盐分的影响程度高于水文年型的改变;调蓄年地下水与土壤盐分含量测值呈现枯水年>平水年>丰水年的变化规律。研究建立了江水盐分预测模型,可运用大通流量和江水位来预测江水盐分变化;构建了土壤盐分预测的BP-ANN模型,获得了较好的土壤盐分变化预测结果,预测过程还表明,三峡调蓄影响下的大通流量和地下水电导率改变是影响河口土壤盐分动态的重要因子。  5.三峡调蓄条件下长江河口区域土壤盐渍化时空演变特征研究长江河口典型区域的土壤盐分调查结果表明,1 m土体剖面盐分有较大变化幅度,而中表层土壤盐分变化幅度大于底层土壤。表层土壤盐分具有较强的空间不稳定性,变异性较强。区域地下水埋深均值较小,地下水矿化度较高,地下水埋深小于1m的区域主要集中在距口门22 km范围以内,且该区地下水矿化度较高。河口区域大尺度电磁感应式大地电导率测量与解译结果表明,土壤盐分高值区主要集中在距入海口较近的区域,与浅地下水埋深和高地下水矿化度区域相对应。土壤盐分含量由北向南、自西向东呈增加趋势,即随着距长江、黄海距离的减少,土壤盐分含量增加。三峡水库170 m水位以上蓄水年份的盐化土壤面积较170 m以下蓄水年份有所增加。从2008年起至2011年,入海口门处的土壤盐分高值区域有扩大趋势,口门区域的1m土体盐分含量均值整体呈增加趋势,说明三峡调蓄影响下的河口敏感地带土壤盐分含量有增加趋势。  
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