多参数示踪调水调沙影响下的黄河口海底地下水排放过程

Submarine groundwater discharge (SGD) represents an important pathway for nutrients and other dissolved constituents from land to coastal ocean, which may significantly affect the element circulation and ecosystem balance. In this study, radioisotopes and resistance images would be used as tracers to study SGD process in the Yellow River Estuary (YRE) under the water sediment regulation event. Temporal and special distribution patterns of natural radium and radon isotopes in the YRE will be investigated to find out hot SGD points. 226Ra balance model, 222Rn time series model and resistance distribution images will be combined to calculate SGD flux. Nutrients flux transported by SGD and Yellow River will be quantified respectively and compared, in order to assess the contribution of SGD transportation. The effect of water sediment regulation to coastal SGD in the YRE will be evaluated. The information obtained here will be applied to understand the source and fate of estuarine substances from a new perspective, as well as to develop management strategies for controlling the supply of terrestrial substances to offshore areas and protect the coastal environment.

海底地下水排放（简称SGD）是陆源物质向海输送的重要通道，影响着海洋中元素的地球化学循环以及近岸海洋生态系统的平衡。本研究拟以黄河口为研究区域，利用同位素示踪、电阻率成像等技术联合示踪大型水利工程调水调沙影响下的黄河口SGD过程。通过分析调水调沙和非调水调沙等阶段黄河口镭、氡同位素的时空分布特征，探寻海域中SGD的主要排放点；借助226Ra质量平衡模型、222Rn时间序列模型、电阻率时空分布模式等手段计算SGD通量，结合降水量、黄河径流量、沿岸流场等系统剖析SGD的环境影响因素；计算各种生源要素的SGD输送通量，并与同期的黄河径流中生源要素的输送通量作比较，揭示SGD对黄河口生源要素的输送贡献。研究结果将为认识大型水利工程影响下的河口地区物质的来源归宿、收支平衡提供新的视角，为理解该海域的水体更新能力、制定合理的生态环境保护措施提供科学依据。

海底地下水排放（SGD）对河口生态系统具有重要影响，天然放射性同位素（Ra、Rn、U等）是研究河口过程的良好示踪工具，在滨岸海洋学研究中发挥着重要作用。本研究以黄河口为重点研究区域，围绕河口海底地下水排放这个关键问题开展工作，以调水调沙事件（WSRS）为主要切入点，研究大型水利工程影响下的河口物质输运、水体混合等过程及其环境效应。发表与课题直接相关SCI论文6篇，培养1名博士研究生、1名硕士研究生。得到如下几点主要认识： .1、在黄河口及其邻近海域中，三种镭同位素在WSRS期间的活度均显著高于非WSRS期间，前者约为后者的3-4倍。镭同位素的比活度值随盐度的分布均呈现典型的“中间高、两端低”的河口不保守现象，但对应最大镭比活度的盐度值并不相同。氡同位素的活度在WSRS期间明显高于WSRS前期，其活度峰值出现在河口口门附近海域，然后向外海快速衰减。河口水中226Ra的活度远低于222Rn， SGD可能是过剩222Rn的一个主要添加源。.2、利用天然镭同位素对WSRS影响下的黄河口及其邻近海域的水动力过程进行示踪研究，发现秋季（非WSRS期）黄河冲淡水主要流向东南方，流速约5 km d-1；夏季（WSRS期）黄河冲淡水主要流向北方，流速约9 km d-1。在非WSRS时期（9月）的河口水动力条件下，水体中的营养盐在离岸运移约两周的时间内即被迅速消耗，近岸水体中的消耗者主要为小型和微型藻类，远岸水体中则以微微型藻类为主。.3、利用222Rn和220Rn的联合示踪技术定位了黄河口海域的几个SGD显著点位，且WSRS期间的SGD（尤其是陆源SGD）过程显著增强，成为控制河口营养盐的重要来源。利用镭氡同位素的质量平衡模型、时间序列模型等研究手段对不同时期SGD的通量进行量化对比，发现WSRS期间黄河口SGD的通量约为非WSRS期间的2-5倍。由SGD携带入海的各项营养盐的通量均显著高于黄河径流的贡献，表明SGD是黄河口海区陆源物质入海的重要输送途径，对海洋中物质的来源归宿、收支平衡具有不可忽略的影响。