导　　师： 高全洲

学科专业： G0501

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中山大学

摘　　要： 本工作对位于中国南方亚热带季风气候区具有典型喀斯特特色的西江流域碳的入海过程进行了系统研究，针对该流域特点和河口段的特性设计了专门的研究方案，利用碳的稳定同位素示踪技术和多参数相关分析方法，分析了西江河口段溶解无机碳的时空变化规律及其控制因素，探讨了西江流域碳的入海行为特征。研究取得了如下初步成果:<br>　　1)西江河口段河道DIC组成以HCO3-为主、各季节平均浓度为1.8～2.0mM，全年平均1.95 mM;其秋、冬、春、夏的δ13CDIC分别为-13.09‰、-12.26‰、-11.71‰和-13.91‰，年平均值为-12.71‰，具有显著的时空变化。河道表层水体pCO2也具有明显的时空差异，全年各样点的pCO2值介于67～438Pa之间，其中秋、冬、春、夏各季节的pCO2平均值分别为163Pa、142Pa、246Pa和189Pa，年平均值约为186Pa。<br>　　2)利用碳的稳定同位素示踪技术，借助于δ13CDIC时空变异规律探讨了西江河口段DIC的源、汇过程及其作用机制。河道有机质的氧化分解作用是δ13CDIC时空变异的主要控制因素，控制西江河口段河道有机质氧化分解条件的主要过程有以下三个方面:(1)西江流域碳的产汇流速度快、河道DIC与POC含量较高，大量的有机质快速汇入下游河段，下游河段有机质的氧化分解使得河口段pCO2常年处于过饱和状态，向大气排放大量的C02，成为河道DIC源汇的主要方面。(2)西江流域地处湿热的亚热带季风气候区，流域水文特征及其水体理化参数的季节变化控制着河道有机质的氧化分解条件及其强度，导致δ13CDIC具有明显的季节变化。(3)河口的河—海作用进退规律也是控制西江河口段碳行为的重要因素。受河流与海洋作用的相互影响，河口段河-海作用的季节性空间变化导致河道有机质分解条件的时空变化，进而使得δ13CDIC各个季节沿河道的空间变化规律具有显著差异。<br>　　3)为期一个水文年的表层水体pCO2的时空变化的分析，表明表层水体pCO2的时空变化直接反映了河道DIC源汇过程的时空规律。具体表现为:(1)秋季，磨刀门至马口河段表层水体pCO2随航测距离呈现复杂的日周期性的逐渐减小趋势。其河流水体向海洋输送的过程中，河-海作用对河流水体理化参数的影响导致pCO2随航距递减;同时，与日照时间相关的河道水体内部碳的生物化学作用是pCO2日周期变化的原因之一。(2)冬季，西江流域处于枯水期，河口段水体pCO2受咸潮影响显著。磨刀门水道表层水体pCO2值比秋季略低，咸淡水混合作用控制了水体理化参数的变化，使得pCO2随航距呈复杂的渐减趋势。pCO2来源不仅与河道系统内碳的生物地球化学行为有关，而且受潮汐冲刷河床沉积有机质的影响，使得pCO2在盐度3～6（即航距38～24km的河道内）时发生突变。(3)春季，pCO2平均为246Pa，高于夏、秋、冬季，且自河口磨刀门到马口呈现逐渐增大的趋势。流域初汛导致河道有机质大增、浊度较大，而有机质的强烈分解导致水体pCO2大大增高，春季就成为全年pCO2最大、河道碳排放最强的季节。河-海作用使得靠近海洋的磨刀门水道碳的生物地球化学过程变得更加复杂，使得春季河道水体DIC的源汇性质由上游的13C稀释为主向海洋方向转变为13C富集为主。上游马口段河道有机质大量分解释放大量的轻碳，河道持有很高的pCO2，向下游的海洋端随着CO2排放损耗和氧化还原电位的升高，有pCO2逐渐变小、δ13CDIC逐渐增大的趋势。(4)夏季，pCO2空间变化强烈、随航程没有明显的递增或递减趋势。pCO2变化除了受河道内部水体理化参数控制以外，还明显地受到了河道径流水动力条件的控制，河道水流速度和水流状态对河道水体pCO2影响显著。(5)西江河口段的河道pCO2和DIC及其相关参数的时空变化反映了亚热带季风气候条件下西江流域碳的入海特征。流域水热条件的季节性变化导致河道径流季节性变化，进而导致河口河-海作用界面的季节性进退，使得河道pCO2呈现时空变化。<br>　　4)综合考虑了水和风的动力扩散作用，分河段构建了CO2排放的计算模型。以平均风速3.3米/秒计算，西江河口段全程各季节河道水体中CO2的平均传输速率在10.4～17.3 cm·h-1之间，全年平均为13.8cm·h-1。各河段各季节的二氧化碳排放通量介于101～309 mmole· m-2·d-1之间，全年全程平均181 mmole·m-2·d-1，其中，秋、冬、春、夏的碳排放通量平均值分别为:155、110、261、196mmole·m-2·d-1。

关 键 词： 河流动力学 碳稳定同位素 碳排放管理 时空变化

分 类 号： [TV141.2]

领　　域： [水利工程]