基于镭同位素示踪的莱州湾南岸海水入侵区咸淡水混合机制研究

Southern Laizhou Bay is a typical region that severely suffers from the geo-hazard of seawater intrusion in China. Seawater intrusion mainly occurs due to two depression cones caused by over pumping of fresh groundwater in the south and brine water for salt production in the north. Both the freshwater and brine resources are damaged on account of the mixing of fresh and salt water caused by seawater intrusion. Therefore, the mixing mechanism of fresh and saline groundwater becomes a key problem of seawater intrusion in Laizhou Bay. Four kind of radium isotopes are used in the present study. According to the difference between their half-life and the characteristics of geochemical behavior in groundwater with different levels of salinity, the activity ratios of radium isotopes and their spatial distribution in the groundwater are analyzed through the hydrological geochemical method in conjunction with the geophysical method. Subsequently, the sources and migration mechanism of radium isotope in the aquifer are identified and analyzed, as well as the coupling model of mass balance model of radium isotope and solute transport model during the seawater intrusion processes in the southern of Laizhou Bay. Based on the sources and migration mechanism of radium isotope, in combination with the coupling model of radium isotope, the mixing model of radium isotopes is established to quantitatively analysis and reveal the mixing mechanism of fresh water and seawater. The results of the present work can provide a new perspective and method for the seawater intrusion disasters prevention and submarine groundwater discharge (SGD).

莱州湾南岸地区是我国海水入侵最为严重和典型的区域。北部卤水区和南部淡水区因地下水超采形成的降落漏斗是导致海水入侵的主要原因，而受此影响的地下咸淡水混染使淡水和卤水资源均遭破坏，因此，地下水咸淡水混合机制是莱州湾海水入侵研究的关键问题。本项目选择镭的四种同位素为示踪参数，依据其半衰期的差异以及在不同盐度地下水中的地球化学行为特征，采用水文地球化学和地球物理联用方法，通过分析各端元的四种镭同位素活度比值及其在地下水中空间分布，建立莱州湾南岸海水入侵过程中镭同位素的质量平衡与溶质运移的耦合模型，研究镭同位素在含水层中的来源与运移机制。在此基础上，建立莱州湾地区地下水镭同位素的端元混合模型，定量模拟和研究地下咸淡水混合机制。研究结果可为海水入侵灾害防治与海底地下水排泄（SGD）研究提供新的视角与方法。

莱州湾南岸地区是我国海水入侵最为严重和典型的区域。北部卤水区和南部淡水区因地下水超采形成的降落漏斗是导致海水入侵的主要原因，而受此影响的地下咸淡水混染使淡水和卤水资源均遭破坏，因此，地下水咸淡水混合机制是莱州湾海水入侵研究的关键问题。本项目选择镭的四种同位素为示踪参数，依据其半衰期的差异以及在不同盐度地下水中的地球化学行为特征，采用水文地球化学和地球物理联用方法，通过分析各端元的四种镭同位素活度比值及其在地下水中空间分布，建立莱州湾南岸海水入侵过程中镭同位素的质量平衡与溶质运移的耦合模型，研究镭同位素在含水层中的来源与运移机制。研究结果表明：2005年至今研究区内海水入侵呈波动减缓趋势，2010年前后入侵范围最大，2014年至今入侵距离有所减少，入侵过程导致F、Ra等痕微量元素的富集，同时F、Ra还具有明显的环境滞后效应，进一步增加了环境健康风险。在此基础上，基于镭同位素的质量平衡模型定量模拟和研究地下咸淡水混合机制，研究结果表明，水体盐度是控制镭同位素吸附解析的主要因素之一，研究区海水入侵通量为12.9cm/d，平均水体停留时间为12.4d，海水与地下水相互作用过程中，陆源物质的输入和海水的再循环过程，对近岸pH、溶解氧等基本化学参数有重要的影响。项目研究结果可为海水入侵灾害防治与海底地下水排泄（SGD）研究提供新的视角与方法。