长江口滨海浅层地下水化学特征的时空变化及其影响机制

Under the background of the high-strength exploitation and intense land-sea interaction, the problem of the groundwater resources and environment quality is aggravated increasingly on the estuarine and coastal area. In the present project, the study area is focus on the typical coast zone in the Yangtze estuary, the distribution and its influencing mechanism of hydrochemical characteristics (about salt ions, nutrients and metals) in the shallow groundwater will be investigated. Based on lots of field sampling and environmental monitoring of groundwater and chemical experiment and analyses, it is aim 1）to show that the spatial-temporal distribution of hydrochemistry in the shallow groundwater in coastal zone along the both wings（south-Pu Dong and north-QiDong ）and the eastern flat (Dongtan) of Chongming island； 2）to know the seasonal change of the shallow groundwater hydrochemistry in the different ages of soil formation, different landuse type and different tidal flats, and the dynamic change of the shallow groundwater hydrochemistry during the cycle of field husbandry and tidal periods. It is important to discuss the interaction and influencing mechanism of chemical substances in the complex water-soil system of coastal environment in the Yangtze estuary. The risk of environmental quality and effect of shallow groundwater will estimate for the wise use of the land and water resources and environment protection on the coastal area of the Yangtze delta.

在人类高强度开发和强烈的陆海相互作用背景下，我国河口海岸带地区地下水资源和水环境问题日益加剧。本项目拟以长江口滨海典型区域为研究对象，重点研究浅层地下水水化学特征（主要盐分、营养盐和金属等离子）及其影响作用机制。旨在通过大量野外监测、室内分析和模拟试验，阐明长江口南（浦东）、北（启东）两翼和崇明岛东滩滨海环境中浅层地下水的水化学特征的时空分布规律；揭示典型滨岸区域不同成土阶段、土地利用方式和潮间带地貌条件下滨海浅层地下水化学特征及其季节性变化规律；分析农田耕作周期、潮汐作用咸淡水交替周期内浅层地下水化学的动态变化过程；重点探讨营养盐（N、P、Si等）和金属（Fe、Mn、Al等）等在长江口复杂环境系统中的水土界面相互作用机制及其对地下水的影响；评价长江口区域浅层地下水环境质量及其生态环境效应，为长三角地区滨海水土地资源开发利用和环境保护提供科学依据。

受强烈的陆海作用以及高强度的人类活动影响，长江口滨岸地下水资源和地下水环境质量面临不断恶化的威胁。本项目选择长江口南北两翼（上海浦东、江苏启东）和崇明岛滨岸地区作为研究区域，2017-2020期间通过大量的野外工作，在研究区70多个浅层地下水样点和13个地表水样点采集水样，进行了大量的室内实验分析，重点研究滨海岸浅层地下水中水化学组分的时空分布特征及其影响机制，评价了长江口地区滨岸浅层地下水环境质量及其适用性，为长江口滨海岸浅层地下水资源开发利用与环境保护提出供了科学基础。主要的研究成果包括：.（1）阐明了长江口滨岸浅层地下水水化学类型及其空间分布特征。研究表明，长江口南北两翼和崇明岛滨海岸浅层地下水以淡水为主，局部出现微咸水；离子组成中Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-为含量较高的阳、阴离子；长江口北翼启东和崇明岛滨海岸Na+、Cl-和NO3-空间变异性较大，且两个区域中Na+、Cl-含量高于长江口南翼浦东滨岸。长江口滨海区域浅层地下水主要水化学类型演化规律为由北向南HCO3-Ca型→HCO3·Cl-Na、HCO3-Na型→HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca型。.（2）揭示了长江口滨岸浅层地下水化学特征的季节性变化规律。丰水期主要化学组分含量大于枯水期，且各个组分的空间差异值较枯水期也偏大；枯水期，北翼和崇明岛滨海岸浅层地下水水样为钠型或钠钙型，南翼滨海岸浅层地下水主要为钙镁型。滨岸浅层地下水水化学类型的空间季节性差异与长江口季节性入海径流在南北支分布不均及潮汐作用有关。.（3）探讨了长江口滨岸浅层地下水化学特征的主要影响机制。利用了水文地球化学综合分析方法，研究表明，海水入侵、岩石风化水解、蒸发浓缩作用、阳离子交换作用、农业化肥施用等是影响浅层地下水化学特征的主要影响因素；地下水与地表水水力联系紧密。.（4）评价了长江口滨岸浅层地下水的污染水平及其可适用性。结果显示，长江口滨海岸浅层地下水水质整体较好，影响长江口滨岸浅层地下水水质的污染因子为碘化物和氨氮，此外主要污染因子还包括钠、锰、总硬度；水体污染主要来源于海水侵入和人类活动（生活污水排放、农业氮肥施用）。长江口滨海岸浅层地下水83%以上均符合农业灌溉水要求，但都不适宜直接用作工业用水。