珠江三角洲河網(wǎng)與河口水-沙-污染物通量模擬研究.pdf

1、河口物質(zhì)通量是全球海洋通量聯(lián)合研究（JGOFS）和海岸帶陸海相互作用（LOICZ）的重要研究課題。珠江三角洲河網(wǎng)與河口區(qū)是中國(guó)典型的大尺度河口系統(tǒng)，也是中國(guó)人口和產(chǎn)業(yè)高度聚集的地區(qū)之一。開(kāi)展珠江三角洲河網(wǎng)與河口區(qū)的物質(zhì)行為及通量研究，具有重要的科學(xué)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義，不僅有助于加深對(duì)海岸帶陸海相互作用、物質(zhì)輸送與遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為其它大河流系統(tǒng)，尤其是復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)的物質(zhì)通量研究提供經(jīng)驗(yàn)與參考模式，還可為珠江三角洲河網(wǎng)水系污染的治理對(duì)策、

2、河口海洋環(huán)境問(wèn)題的科學(xué)問(wèn)題解決和尋求對(duì)策等提供重要的依據(jù)。 為此，本文將珠江三角洲河網(wǎng)與河口及其近岸海域視作一個(gè)整體，建立了一維河網(wǎng)與三維河口耦合水環(huán)境數(shù)學(xué)模型，以準(zhǔn)確描述河網(wǎng)與河口區(qū)的物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化與通量過(guò)程。耦合模型包括3個(gè)模塊：水動(dòng)力模塊、泥沙模塊與水質(zhì)模塊。利用實(shí)測(cè)資料對(duì)耦合模型進(jìn)行了率定與驗(yàn)證。結(jié)果表明，模擬值與實(shí)測(cè)值較為吻合，耦合模型計(jì)算效果良好，成功描述了河網(wǎng)與河口區(qū)的動(dòng)力與生物地球化學(xué)變化過(guò)程。 運(yùn)用耦

3、合模型模擬了2000年河網(wǎng)與河口區(qū)水—沙—污染物的輸移過(guò)程，進(jìn)而構(gòu)建了河網(wǎng)與河口區(qū)水—沙—污染物通量收支模式，分別對(duì)水—沙—污染物通量的輸送、空間分配情勢(shì)與季節(jié)變化展開(kāi)了探討，并量化各動(dòng)力學(xué)機(jī)制對(duì)污染物通量收支的貢獻(xiàn)，以及量化入河網(wǎng)污染物通量與河網(wǎng)污染負(fù)荷對(duì)入河口污染物通量的貢獻(xiàn)。主要結(jié)論歸納如下： （1）河網(wǎng)區(qū)水—沙—污染物通量的空間分布極不均勻，物質(zhì)的輸送及其分配由徑流主導(dǎo)。上游各水系中，高要的水—沙—污染物通量主要輸往磨

4、刀門(mén)和蕉門(mén)，石角的主要輸往虎門(mén)和蕉門(mén)，老鴉崗和博羅的主要輸往虎門(mén)，石咀的主要輸往崖門(mén)。河口區(qū)的物質(zhì)輸送由徑流、潮流、季風(fēng)、沿岸流等眾多動(dòng)力因子共同作用，并形成三支各具特色的海流，分別由不同動(dòng)力機(jī)制主導(dǎo)。其中，西南沿岸流是河口區(qū)水—沙—污染物通量最主要的輸送路徑。 （2）河網(wǎng)與河口區(qū)均以沉積為主。上游輸入的泥沙約有一半在河網(wǎng)區(qū)中發(fā)生落淤，主要集中于西江干流與北江干流等河段，各區(qū)域的沉積過(guò)程因水沙條件的差異而呈現(xiàn)截然不同的規(guī)律。另

5、有47％經(jīng)八大口門(mén)輸入河口區(qū)。河網(wǎng)輸入的泥沙約有89％在河口區(qū)中發(fā)生淤積，主要集中于口門(mén)附近、內(nèi)伶仃洋西灘和磨刀門(mén)海域。后者是河口區(qū)淤積最為強(qiáng)烈的地段。另有13％輸入外海。 （3）河網(wǎng)區(qū)和河口區(qū)對(duì)硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮（NO23）均表現(xiàn)為“源”的效應(yīng)，對(duì)碳質(zhì)生化需氧量（CBOD）、氨氮（NH3）、無(wú)機(jī)磷（IP）表現(xiàn)為“匯”的效應(yīng)。其中，河網(wǎng)區(qū)CBOD、NH3、IP的凈消耗量分別為其外源輸入量的64％、51％、10％，另有38％、49

6、％、87％經(jīng)八大口門(mén)輸入河口區(qū)；河口區(qū)CBOD、NH3、IP的凈消耗量分別為其外源輸入量的93％、81％、19％，另有12％、25％、84％輸入外海。此外，河網(wǎng)區(qū)污染物通量主要由外源貢獻(xiàn)；河口區(qū)污染物通量由外源與內(nèi)源共同貢獻(xiàn)，浮游植物動(dòng)力學(xué)過(guò)程亦起重要作用。污染物遷移轉(zhuǎn)化方面，氧化反應(yīng)、硝化作用、沉積機(jī)制分別是河網(wǎng)區(qū)CBOD、NH3與NO23、IP的主控動(dòng)力學(xué)機(jī)制；氧化反應(yīng)、硝化作用、浮游植物攝取作用分別是河口區(qū)CBOD、NH3與NO2

7、3、IP的主控動(dòng)力學(xué)機(jī)制。 （4）入河網(wǎng)污染物通量與河網(wǎng)污染負(fù)荷對(duì)CBOD、NH3入河口通量均有顯著貢獻(xiàn)，其中入河網(wǎng)污染物通量對(duì)CBOD、NH3入河口通量的貢獻(xiàn)百分比分別為52％、45％。NO23、IP入河口通量則主要來(lái)自入河網(wǎng)污染物通量，其貢獻(xiàn)百分比分別為89％、68％。此外，磨刀門(mén)、虎門(mén)分別是入河網(wǎng)污染物通量、河網(wǎng)污染負(fù)荷最主要的輸出口門(mén)。 （5）水—沙—污染物通量及其收支呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化，物質(zhì)通量主要集中于洪

8、季。河網(wǎng)區(qū)中，泥沙呈現(xiàn)“洪淤枯沖”的季節(jié)變化；河口區(qū)在洪、枯季均以淤積為主，但其季節(jié)差異十分明顯；枯季的潮流對(duì)河網(wǎng)與河口區(qū)的泥沙沉積格局起重要的調(diào)節(jié)作用。河網(wǎng)與河口區(qū)在洪、枯季對(duì)各污染物表現(xiàn)出的“源匯”效應(yīng)及其主控動(dòng)力學(xué)機(jī)制保持一致，但污染物通量的季節(jié)差異非常明顯，分別有79％～80％的入河網(wǎng)污染物通量、72％～80％的入河口污染物通量、54％～74％的入海污染物通量集中于洪季。 綜合而言，本文較為完整地描述了河網(wǎng)與河口區(qū)水—