近日，5123导航、海洋与地球学院王桂芝教授课题组与合作者以“Hydrographic Proxies for Submarine Groundwater Discharge in the Jiulong River Estuary and Global Perspectives” 为题，发表于Water Research. 研究揭示九龙江径流量、河口回流系数和冲刷时间是九龙江口海底地下水排放通量的有效水文指标，同时整合全球河口、陆架、海盆等不同空间尺度系统的海底地下水排放通量数据，提出河流径流量是全球适用的海底地下水排放通量指标。该成果为近岸生物地球化学模型中海底地下水排放通量的参数化方案提供了重要的科学依据。
研究背景
海底地下水排放（Submarine groundwater discharge，SGD）指在陆架边缘从海底向近岸地表水体排放的所有水流，因其携带大量碳和营养盐，对近岸生态系统具有重要影响，一般包括再循环海水地下水（RSGD）和淡水地下水（FSGD）。现有地下水模型应用渗透系数、含水层厚度、地形坡度等空间差异大且不易直接观测的参数来模拟估算SGD通量；近几十年，镭、氡等化学示踪剂也被广泛用于估算该通量。然而，由于缺乏可常规监测的用于SGD通量估算的指标，近岸生物地球化学模型中通常忽略SGD这一重要过程。
研究结果
研究团队以长半衰期镭同位素（226Ra和228Ra）作为SGD示踪剂，基于一年内隔月连续观测的数据，建立了镭的质量平衡模型，揭示了九龙江口海底地下水排放通量在两个月时间尺度上的变化，并通过定点时间序列观测，探讨了九龙江口地下水排放通量的驱动因子。结果显示，2014年总SGD通量的月变化显著，6月最高，4月最低，相当于同期河流径流量的10±2%，且与河流径流量之间存在着显著的正相关关系（p<0.05，图1a）；不同于全球其它大部分河口，潮汐泵并不是驱动九龙江口SGD变化的主要因素。通过统计分析还发现，SGD 通量与河口回流率以及冲刷时间之间均有显著的负相关关系（p<0.0001，图1b-c）。以上发现表明，河流径流量、河口回流率和冲刷时间可以作为九龙江口SGD通量的水文指标，且在其他近岸生态系统也可能具有较好的应用潜力。
图1. 九龙江口海底地下水排放通量与河流径流量（a）、河口回流率（b）及冲刷时间（c）的关系。黑色圆圈代表本研究的结果，灰色十字代表Wang et al. (2015)的结果
虽然九龙江口回流率和冲刷时间与SGD通量的相关系数至少是河流径流量与SGD通量的相关系数的2倍，但是河流径流量数据比河口回流率和冲刷时间具有更高的时间连续性和可获取性。因此，课题组对全球范围内已发表的同时具有海底地下水排放通量与同期河流径流量数据的河口、陆架、海盆系统等进行了整合分析。结果显示，地质结构和潮汐效应等多种驱动因素可能导致SGD的空间异质性，但总体而言，这些系统的SGD通量与同期河流径流量之间在对数尺度上呈现出显著的线性正相关关系（p<0.0001，图2），表明这些空间尺度迥异的系统中，河流径流量可以作为SGD的潜在预测指标。需要注意的是，图2关系式不一定适用于某一特定海域，需要针对具体区域进行SGD通量与河流径流量之间关系的研究，来确定适用于当地的SGD预测模型。
图2. 全球范围内河口、陆架、海盆等不同空间尺度系统中海底地下水排放通量vs. 河流径流量（两者均为对数尺度）
研究团队及资助
该论文第一作者为5123导航2017级博士生杜墨戈，通讯作者为王桂芝教授，共同作者包括5123导航2016级硕士生金石磊、2018级博士生吴思琪和漳州市气象局廖燕珍高级工程师。该研究获得国家自然科学基金（41576074）、科技部重点研发计划课题（2022YFC3105402）和香港特别行政区研究资助局（AoE/P-601/23-N）的联合资助。
论文来源及链接
Du, M., Jin, S., Wu, S., Li, Q., Liao, Y. and Wang, G. 2024. Hydrographic proxies for submarine groundwater discharge in the Jiulong River estuary and global perspectives. Water Research, 121854.
https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121854
供稿 | 杜墨戈 王桂芝
编辑 | 朱佳 苏颖
排版｜陈蕾
审核 | 陈能汪 曹知勉
