1.海底地下水多因素分析

海底地下水排泄（SGD）是陆源物质入海的重要途径之一，近些年来越来越多地受到滨岸海洋学家和水文地质学家的重视。我国黄河口海域的SGD通量丰富，对海域的生态环境有至关重要的影响。目前已开展工作的研究重点主要是SGD及其携带入海的陆源物质通量的量化；如何圈定海域的SGD典型排泄区域；评估SGD对局域海洋背景场的影响是重要的，但属于尚未解决的科学问题。

根据2014年的黄河口航次调查数据，利用多核素示踪技术，尝试对该海域的SGD典型排泄区域进行定位，同时对SGD典型排泄区内的底层水体化学背景场进行分析，为拓宽海岸带水体交换研究视角、深化滨海生物地球化学过程提供科学依据。天然镭氡同位素是示踪SGD排泄过程的有效工具。由于地下水体流动缓慢，水岩交换过程进行充分，含水层颗粒物上的镭氡同位素能够被有效解吸进入地下水，因此地下水中镭氡同位素的含量通常较海水高出2～5个数量级。当镭氡同位素随SGD排放入海之时，海水中的同位素含量将显著升高。基于这个原理，镭氡同位素能够对SGD的显著排泄区域进行有效指示。2014年6月镭氡同位素的分布特征如图5-32所示，镭氡同位素含量较高的区域主要集中在河口和近岸海域，离岸距离不超过10km，水深不超过15m。

图5-32　2014年6月黄河口邻近海域镭氡同位素浓度及水深分布图

（a）、（b）为底层镭同位素的分布；（c）为表层氡同位素的分布；（d）为水深分布

地下水通常具有低溶解氧（DO）、低pH的特征，故SGD的显著排泄区域的水体DO和pH水平应该显著低于周边海域。海水中的DO、pH、镭同位素、浊度等参数随水深的分布特征如图5-33所示。由图5-33（a）、（b）可见，水深10～13m的海域中DO和pH水平明显较低，且该特征在底层水体中的表现更为显著。相应海域中的镭同位素（以223Ra为例）含量却显著高于周边海域[图5-33（c）]。悬浮颗粒物的解吸也是河口水体中镭同位素的重要来源之一。然而，水深10～13m的海域中底层水体浊度却并未高于近岸水体[图5-33（d）]，表明该海域的高镭现象并非源于颗粒物解吸。综上所述，在黄河口海域的SGD显著排放区域应该位于距离河口口门不超过10km的海域中，且主要集中在水深10～13m的区域。由于SGD的集中排泄，底层海水的化学背景场具有更低的DO和pH。这将对海域的生物/微生物群落结构特征、初级生产组成等产生影响。

图5-33　2014年6月黄河口邻近海域DO、pH、镭同位素浓度及浊度与水深的关系图

+为表层水体样品，○为底层水体样品，灰色区为可能的SGD显著排放区

2.山东半岛北部海底地下水分布特征

1）现代黄河三角洲

高输沙量的黄河带来巨量泥沙在河口堆积，起到了补偿作用，同时在潮流、沿岸流、波浪挟沙落淤和河口动力作用下，产生泥沙运移、扩散的地貌效应。黄河入海口附近为向东、向南延伸的三角洲前缘，坡度较大；岸线附近为潮间浅滩，受黄河泥沙和冲淤环境影响，黄河口东部潮滩较窄；黄河口南部潮滩宽达6～7km；其余部分为浅海平原，海底起伏小、形态单一。(www.daowen.com)

现代黄河三角洲海区浅海区水浅（水深0～12m，多数小于10m），特别是1855年以来黄河的多次摆动，现代黄河带来泥沙逐渐堆积并向海洋运移形成楔形泥质沉积体，海水冲淡现象明显，大致形成了现代河口以拦门沙坝为界，北部废弃河口以7～10m等深线的水下三角洲前缘作为海底地下水排泄边界。

2）莱州湾海区

莱州湾是渤海三大海湾之一，有黄河、小清河、潍河等注入。海底地形单调平缓，水深大部分在10m以内，海湾最深处达18m。平均潮差0.9m，最大可能潮差2.2m。莱州湾海岸是典型的淤泥质海岸，西段受黄河泥沙影响，潮滩宽6～7km，东段仅500～1 000m。由于潍河、胶莱河、白浪河、弥河，特别是黄河泥沙的大量携入，海底堆积迅速，浅滩变宽，海水渐浅，湾口距离不断缩短。

20世纪80—90年代的观测数据表明，莱州湾海域的浅层和深层海水的盐度在一年四季都明显比渤海其他海域要小（唐启升等，1997）。尤其是在冬季，沿岸水系衰退，有限的河水只对浅层海水的盐度有稀释作用，但是莱州湾海域深层海水的盐度和浅层海水一样，仍明显低于渤海海域的其他地区，这说明莱州湾海域海底地下淡水和微咸水的排泄有可能非常可观。莱州湾海底地下水赋存于第四纪松散沉积物中，自第四纪中更新世以来形成并发育，且受到全新世海侵的影响。初步研究发现，该地区海底地下水除受到内陆地下含水层的补给外，更多的是接受波浪、潮汐作用所引起的海水入渗补给。

3）龙口湾及以东海区

莱州湾东部海岸多为砂质海岸和基岩海岸，呈现出开阔、平直的砂质海岸与曲折的基岩海岸相间分布的特征。海底地下水补给主要为沿岸地区的短源河流，地下水径流短，除局部水下浅滩上发育的潮流沙脊、沙坝中可能有少量海底地下水赋存外，海底地下水排泄量相对其他海区要小得多。

3.海底地下水分布模式

海底地下水分层与莱州湾沉积地层划分存在一定的对应关系。该海底含水层系统上层为全新世黄骅海侵层，发育潜水卤水层，与海水连通性较好，是海水入侵的主要层位，入侵界面过渡带垂向上的厚度可达10m；地下水受大气降水及潮汐影响明显，水位变化具有周期性。中层为晚更新世晚期献县海侵层，发育承压卤水层，在向海延伸一定范围内主要受径流补给、潮汐能量传导及越流作用影响，其水位变化具有周期性，电导率相对稳定。下层为晚更新世早期沧州海侵层，发育承压卤水层，主要受径流过程影响，地下水动态稳定。莱州湾晚更新世以来3次海侵形成的卤水层是海底地下水分层的控制因素，而海底地下水分层特征也基本能够反映莱州湾晚更新世以来的沉积地层结构及沉积环境特征。降水入渗、径流补给以及潮汐效应引起地下水与海水之间或者不同层深地下水之间的混合过程，这也是海底地下水周期性变化的驱动机制。

综合分析山东半岛北部泥质海岸带地下水特征，认为莱州湾沉积地层结构是海底地下水分布的控制性因素，沉积环境演化是海底地下水动态变化的关键性因素。在降水入渗、径流补给及潮汐效应协同作用下，产生地下水层间或地下水与海水间的密度差和水位差，驱动彼此间进行物质、能量交换（图5-34）。综合研究表明，在一定海域范围内，受地下卤水开采叠加影响，全新世含水层地下水与海水关系更为密切，是海（咸）水入侵主要层位；晚更新世晚期含水层地下水受潮汐能量传递影响，水位周期性变化较敏感。在海洋沉积地层压力传导作用下，一定范围内的砂质、粉砂质沉积物的海底，有可能产生分布式海底地下水排泄。该模式对于深入研究海咸水界面变化机制及海底地下水排泄具有积极的推动作用。

图5-34　莱州湾海底地下水分布模式图