基于地表水-地下水耦合模型的海底地下淡水排放量估算

罗 璐 , 俞 烜 , 刘丙军 , 陈晓宏

(1. 中山大学土木工程学院, 广东 珠海 519082; 2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海519082)

全球有大约40%的人口和2/3的大型城市集中在沿海地区[1], 日益加剧的人类活动使得沿海地区所承受的环境压力越来越大, 近年来近海环境水污染事件如赤潮、有害藻华等也频繁发生, 这与陆源营养物质和污染物的输入密切相关[2-3]。以往的研究更多的是关注通过地表径流和大气沉降的污染物质输入, 而忽略了通过海底地下水排泄(SGD)输入的营养物质与污染物对海洋生态环境的影响。海底地下水排泄(SGD)是指不考虑流体成分、来源或驱动力,通过陆架边缘由海底进入海洋的所有流体, 主要包括陆源地下淡水排泄(submarine fresh groundwater discharge, SFGD)和再循环海水地下水排泄(submarine circulate groundwater discharge, SCGD)[4-5]。已有研究表明, SGD所携带的营养盐、有机物及其他化学物质在某些地区接近甚至超过了地表径流的输入量[6-7],SFGD作为SGD的重要组成部分, 带来大量的陆源营养物质, 是陆地向海洋输送化学物质重要且隐蔽的通道, 与沿海生态环境密切相关[8]。同时, SFGD对于某些沿海社区来说也是重要的淡水来源[5], 研究SFGD对近岸人类生活环境和生态环境具有重要影响和意义。

目前, 研究SFGD的方法主要有三种: 直接测量法、同位素示踪法和水平衡与水文模型法[9]。SFGD速率具有空间分布不均匀性, 直接测量法难以在空间和时间尺度上对SFGD速率进行展延[10], 无法进行流域或区域尺度上的估算。同位素示踪法[11-13]适用于不同尺度范围SGD的评估, 但并不能很好的解释与其总SGD相关的陆源地下淡水成分[14], 无法对研究区域进行SFGD空间分布以及时序变化分析。……