小型河口悬浮颗粒沉积模式的定量研究—以九龙江口为例

Estuary-delta is a typical land-ocean interaction zone, the marine and terrigenous material from which is an important part of the global material cycle. Understanding the transport process of estuary material is an important link to carry out research in global material circulation. However, existing studies mainly focus on the distribution law of marine and terrigenous material in large estuaries, resulting in limited research on estuary sedimentary model and its quantitative research. Compared with large estuaries, small estuaries have unitary provenance, smaller estuary space and less branches, which facilitates a quantitative research with a high space- time resolution. Taking the small estuary --Jiulong River estuary in Fujian Province as an example, this project aims to develop a sedimentary model with the four stages of sedimentary process --horizontal transport, vertical settlement, deposition and resuspension. This project intends to develop a contrastive tracer index of suspended particles by employing organic carbon isotope and n-alkanes as tracer indicators and using multi-station fixed-point synchronous observation. Finally, the sedimentary mechanism of Jiulong River estuary will be analyzed by a quantitative research with the existing ROMS model. Research results of this project are expected to provide important theoretical basis for the sedimentary process study of small estuaries, and can be further used in large estuary studies, thus offering important scientific basis for further study on the role of estuarine substance in the global material circulation.

河口—三角洲是典型的海陆相互作用地区，该地区来自陆地和海洋的物质是全球物质循环的重要组成部分。研究河口区物质的输运过程是开展全球物质循环研究的重要一环。然而已有研究多侧重于海、陆源物质在大型河口地区的分布规律，对河口沉积过程的模式及其定量研究尚存不足。与大型河口相比，小型河口具有物源单一、河口空间小、分叉少等特点，有利于开展高时空分辨率的定量研究。本项目拟以小型河口--福建省九龙江口为例，利用有机碳同位素和正构烷烃为示踪指标，实施多站位定点同步观测。通过对比研究悬浮颗粒、沉降颗粒、沉积物和再悬浮颗粒的示踪指标特征，从水平输运、垂向沉降、沉积和再悬浮四个阶段剖析九龙江口的沉积过程。最后，结合已有的ROMS模型定量分析九龙江口的沉积机制。本项目预期研究成果将为小型河口沉积过程研究提供重要的理论基础，并可扩展应用于大型河口研究，从而为进一步研究河口物质在全球物质循环中的作用提供重要的科学依据。

河口是强烈海陆交互作用的区域，河口区的悬浮颗粒物在全球物质循环中起着至关重要的作用。但河口区复杂的物理生物地球化学过程和强烈的人类活动，都在影响着该区悬浮颗粒物的来源和搬运过程。为了更好地了解河口颗粒物质的来源组成和沉积模式，本项目选取福建省九龙江口和东山湾作为研究区域，在项目执行期实施了10个河流、河口或海湾的走航航次和1个最大浑浊带（ETM）25小时定点观测航次；分析了河流-河口-海湾系统中不同端元POC（δ13CPOC和δ15NPN），TOC（δ13CTOC和δ15NTN）的稳定同位素组成，总有机碳氮比（C/N）和四醚膜脂类脂物（GDGTs）；测定了相应的环境参数。取得主要结果有：1）建立了小型河流-河口系统不同端元的有机质地球化学指标（δ13C、C/N和GDGTs）数据库。2）探讨δ13C和C/N和陆源输入指标（BIT）示踪河流-河口系统有机质物源的优劣势：BIT适用于指示仅土壤vs海源影响的区域，若有土壤和海源之外的有机质来源，则δ13C和C/N更有优势；在物源贡献类型不明朗区，可将二者结合。3）结合端元模型半定量分析河口大面和ETM悬浮颗粒的物源和输运过程：输入九龙江口的悬浮颗粒除受潮汐影响的陆源和海源外，还包含了底床沉积物；ETM定点观测的结果显示，底床沉积物的再悬浮与涨落潮流速密切相关；再悬浮底床沉积物甚至可以影响到表层悬浮颗粒；ETM上中下游定点观测结果显示，最大浑浊带对陆源颗粒物的过滤效应显著。4）人类活动影响河流-河口系统有机质的源和汇。以东山湾为例，湾内δ13CPOC，δ13CTOC和δ15N分布呈现非常规的陆海递进趋势，显然不是陆海源有机质的保守混合；通过对比不同端元有机质的δ13C，δ15N和C/N，发现人类活动，包括市政废水排放，水产养殖，土地开垦和水闸建设等，都影响海湾有机质的来源；沉积物粒度净运移趋势模型和潮余流观测结果显示，人类活动显著改变有机质的运输和沉积模式，并可能最终影响东山湾有机物的埋藏和引发环境问题。本项目半定量分析小型河口的沉积过程，为进一步探讨不同类型河口沉积过程及其物质输运提供基础研究。