珠江河口盐水入侵对有机污染物的影响机理研究

珠江河口海域是我国近岸有机物污染最严重的海域之一，属典型弱潮型河口，径流量大，在潮汐作用下，外海大陆架高含盐水体进入河口后，很容易形成盐水楔，对河口地区的有机污染物输运造成显著影响。鉴于此，本研究课题首先采用资料分析、遥感图像处理技术、现场取样等方法揭示珠江河口地区不同季节下的有机污染物和盐水活动的特点；其次根据珠江河口水域水深、盐度和潮流的特点，通过室内水槽试验的方法阐明径流、潮汐、水深、流速和盐水浓度等影响因素对有机污染物在横向和纵向输运的影响特性；然后建立珠江河口三维水流、波浪、盐度、温度和有机污染物水质数学模型，采用水槽模型试验成果对建立的数学模型进行验证，采用河口实测水文、盐度及水质资料对模型进行率定。基于现场实测资料、大范围遥感信息资料、室内试验成果，运用河口海岸水动力学科、海洋环境学科和物理化学学科等专业知识，综合揭示和提出珠江河口盐水楔活动对河口有机污染物的影响机理和规律。

本课题采用了资料分析、现场测量、试验水槽和三维数学模型等技术手段相结合的方法，对珠江河口咸潮入侵特性及其对有机污染物的影响特性开展了一系列的研究和探索。对影响咸潮上溯的三个主要因素：口门拦门沙、上游径流及河道水深的演变特性进行了总结和分析，探讨了该演变特性与近年来磨刀门水道盐水入侵趋势的相互作用关系。对国内外有关盐水入侵对有机污染物的影响研究成果进行了回顾和总结，显示珠江河口盐水入侵容易形成水体分层现象，从而阻碍了水体表底层的物质交换，造成水体底层严重的缺氧现象。根据珠江河口磨刀门水道上至竹银下至口门近半月的同步实测水文资料分析显示，枯季磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大，表层落潮流速显著大于涨潮流速，底层涨、落潮流速相差不大的规律；表层涨潮历时小于落潮历时，底层涨潮历时大于落潮历时，包括口门及上游河道范围内的表、底层流速出现相反的现象。枯季磨刀门口门位置表、底层盐度分层明显，落潮期表底层盐度相差比涨潮期大；大、中、小潮期间底层平均盐度比表层大43.1%、53.4%和77.4%，因此小潮期间，更容易形成盐水异重流现象，且流速和盐度沿水深分布存在较好的对应关系。室内水槽试验显示自重作用条件下，底部咸水锲体和表层淡水体运动方向相反，底部盐水锲和表层淡水层的行进速度与盐水浓度有显著正相关，咸水体盐度越高，底部咸水锲体和表层淡水体扩散和运动速度越快。基于建立的珠江河口磨刀门水道sigma坐标系下的浅水三维水动力学、盐度和水质数学模型，分析显示磨刀门水道地形特征可分为4段，近口门段由于地形向陆下切，盐水入侵明显，从而造成盐度和污染物表底分层最为明显；越往上游，由于地形对水流的扰动强烈，加剧了紊动和扩散，使表、底层盐度和污染物浓度值趋于接近。平面上看，涨潮时东侧盐度高于西侧及落潮时东侧盐度小于西侧的趋势。垂向来看，潮动力强时，涨潮时的淡水和盐水分别在上下游河段聚集，盐度和污染物浓度等值线呈垂向分布，落潮时紊动和扩散更为强烈导致盐水和污染物向上游入侵距离反而大于涨潮；潮动力较弱时，流态平缓，盐度和污染物浓度等值线都呈分层分布，且涨潮时盐水向上游入侵距离大于落潮。盐水入侵和分层导致磨刀门水道内污染物浓度总体呈现表层浓度大于底层的特点，污染物与盐度等值线分布具有相似性，潮动力越强且越靠近口门，相似性越明显，并得出了咸潮入侵下的盐度与污染物浓度分布的相关关系。