福建前湖湾的海底地下水排泄及其水循环过程研究

The submarine spring emerges nearby the low water line, relatively thin layer of quaternary unconsolidated sediment overlies a thicker layer of granite basement, and the tidal range is very large in the Qianhu Bay, Fujian. These special features have determined that the submarine groundwater discharge is quite unique in Qianhu Bay. First, we will combine multiple techniques such as geological tectonics, high-density resistivity method, isotopic tracing, hydrogeochemistry to investigate the formation of submarine spring, and use radon and radium isotopes to search the potential submarine springs locating under the low water line. Next, we will set up the multiple sampling holes on the pathway of seawater recirculation caused by tide, and research the geochemical process through analyzing the composition of water samples continuously collected from the sampling holes. Finally, we will estimate the total SGD flux, the discharge of pore water from the quaternary unconsolidated sediment and the flux of recirculated seawater, and then the discharge of submarine spring will be quantified. The results obtained from this study will help to enrich the research contents of submarine groundwater discharge, especially, help to understand the submarine spring and the recirculated seawater in the concept of SGD.

福建省前湖湾在低潮线附近有海底泉出露，相对较薄的第四纪松散沉积物下伏厚层花岗岩基底，所在海域潮差比较大，这些特殊性决定了前湖湾的海底地下水排泄独具特色。本项目首先拟利用地质构造、高密度电法、同位素示踪、水文地球化学等多种方法，查明海底泉的成因，并进一步利用氡和镭同位素寻找低潮线之下可能存在的海底泉。然后采用在海水循环路径上布设观测孔、连续取样的方法，研究潮汐泵式海水循环的地球化学过程。最后应用不同的计算方法评价前湖湾总的海底地下水排泄量、第四纪松散岩类孔隙水入海通量和潮汐引起的循环海水量，进而估算海底泉的泉流量。本项目的实施将有助于丰富我国海底地下水排泄的研究内容，特别是有助于深入了解海底泉和提高对海底地下水排泄概念中循环海水的认识。

海底地下水排泄包括陆源地下水排泄和循环海水排泄。陆源地下水排泄在一定的地质构造条件下可以形成海底泉。循环海水主要发生在潮间带，潮汐的影响决定了循环海水的规模和循环方式，潮间带咸淡水的混合作用引起孔隙水中溶解物质的时空变化。本项目选择福建前湖湾开展海底地下水排泄及其水循环过程研究，主要研究地下水的水化学类型、各种海底地下水排泄通量、海底泉的成因、近岸水域是否有海底泉存在、潮间带的水循环及其溶解物质的变化。地下水化学类型与地貌类型有关，从山区到冲洪积平原再到滨海平原水化学类型基本上呈现出由HCO3-Cl型→Cl-HCO3型→Cl型逐渐转变的规律。通过构造、水文地质、水化学组分、高密度电法、氡-222等手段综合研判，认为海底泉的形成主要受控于断裂带、含水层特征和地形等因素。通过盐度、镭-224和镭-226的分析，判断近岸海水下面不存在海底泉。通过潮间带垂直于海岸线5根孔隙水采样管的实施和孔隙水动态的连续观测，发现盐度、DO、pH、TAlk、DIC、常量元素、营养盐等指标在潮汐影响下发生有规律的变化，发现在咸淡水混合作用下潮间带出现氧化区、次氧化区、低氧区和缺氧区等微循环环境。通过镭质量平衡模型获得前湖湾海底地下水排泄总量为1.56×105m3/d，通过达西定律和水均衡方程获得第四纪松散沉积物孔隙水入海通量介于1.73×104 m3/d~2.06×104 m3/d，计算获得潮汐和波浪引起的循环海水通量分别为8.58×10-4 m3•s-1•m-1和 6.14×10-4 m3•s-1•m-1。通过沉积物孔隙水原位、高分辨率采样技术（DGT和Peeper）重点研究了磷、铁和硫的地球化学过程，九龙江河口红树林潮滩沉积物孔隙水表层氧化带中铁对磷吸附/释放的控制作用使得磷、铁元素的耦合关系很好；在翔安泥质海岸带，磷的钝化和再活化主要受控于铁、局部受控于硫的氧化还原过程，孔隙水SRP同上覆水SRP浓度基本不随季节变化，归因于缺氧的沉积环境有利于SRP的跨界面交换；在同安湾，红树林深层由于红树植物根部吸收磷，导致孔隙水中的DRP浓度降低，由于红树凋落物和沉积物被退潮流搬运到光滩上，造成光滩孔隙水中Fe2+浓度在垂向上波动分布。