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长江口及邻近海域沉积物重金属元素地球化学特征及其对人类活动的响应

作　者: 董爱国
导　师: 翟世奎
学　校: 中国海洋大学
专　业: 矿物岩石矿床学
关键词: 长江口沉积物重金属沉积速率三峡工程
分类号: P736.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

作为世界上最大的水利工程—三峡工程,其引起的环境生态问题一直以来都是国内外关注的焦点。本文于三峡工程一期蓄水早期(2003年6月15-25日)和蓄水三年后(2006年6月15-25日)在长江口及邻近海域(28°N-33°N, 120°E-124°E)进行了两个航次的环境综合调查。采集了表层和岩芯沉积物样品,分析了两个航次样品的元素含量和粒度组成,研究了两个时期表层沉积物中重金属元素的分布特征并进行了对比,讨论了长江口外Y16站岩芯沉积物中重金属元素含量的演化历史,探讨了沉积物中重金属元素含量对人类活动的响应。本文依托于国家重点基础研究计划(973计划)“中国典型河口—近海陆海相互作用及其环境效应”项目的第九子课题:河口-近海环境污染调控对策及生态系统变异的趋势预测。并对其关键科学问题:河流入海污染物(重金属元素)对海岸带环境的影响进行了分析和讨论。主要研究成果如下:(1)自从三峡工程一期蓄水后早期(2003年)到2006年,长江河口(大通站)径流量由2003年的9248亿m3减少到2003年6886亿m3。随着径流量的变化,2003年和2006年长江冲淡水向口外扩展的相对强度略有变化。与2003年相比,长江冲淡水在河口外向东北和东南两个方向上的扩展在2006年相对减弱;而在东北偏北方向上扩展相对增强,使得该区受到北部流系(如黄海沿岸流等)的影响相对较弱。(2)与2003年资料相比,2006年表层沉积物中粒度的分布格局并未发生明显变化,但粘土组分的百分含量有所增加,在河口外东北偏北方向上出现粘土组分百分含量的高值区。说明细颗粒物质向河口外东北偏北、东北和东南方向上的输送强度发生了变化且与长江冲淡水向外扩展的强度变化相似。(3) 2003年研究区表层沉积物中重金属元素含量的等值线呈近乎平行岸线的带状分布,并在最大混浊带、河口外泥质区和河口外羽状锋西侧出现高值,在羽状锋东侧重金属元素含量迅速降低并呈向海方向递减的趋势。物源、水动力条件、细颗粒物质的吸附以及絮凝作用和氧化还原条件是控制沉积物中重金属元素含量分布的主要因素。(4)与2003年资料相比,2006年表层沉积物中重金属元素含量的分布格局并未发生变化,即重金属元素主要在泥质区发生富集。但是,自2003年到2006年,重金属元素含量整体上都呈降低的趋势,这种趋势是由三峡工程一期蓄水所引起,还是由于近年来流域及河口区环境治理的结果尚有待于进一步的工作。在2006年,长江口外东北偏北方向上出现重金属元素含量的高值显然是与表层沉积物中粘土粒级组分相对增加有关。在长江口外东南(即杭州湾外以东)沉积物中重金属元素含量的变化梯度增强,杭州湾口外成为除长江口外另一重金属元素的重要沉积“汇”之一。以上变化可能都与细颗粒物质在长江口外东北偏北、东北和东南方向上输送强度的变化以及吸附—解吸附过程有关。(5)与2003年分析结果相比,在2006年的主成份分析中陆源碎屑对总方差的贡献明显减弱,人为污染的影响对总方差的贡献有所增强。表明了陆源物质输入的减少对长江河口区沉积物中重金属元素含量有重要的影响,而且人为污染的影响也逐步显现出来。但是,这种变化是由陆源物质输入减少所引起,还是由于人为污染物质输入增加所引起,亦或是由两者相互作用所引起,尚有待于进一步的工作。(6)在1986-2003年,长江处于低输沙量阶段且输沙量呈明显的递减趋势,Y16站岩芯沉积物中Cu和Ni含量基本不变,Cr、Pb和Zn含量逐渐增高。这段时期,尤其是进入90年代后,通过与Al比较去除粒度影响后,Cr、Pb、Zn与Al比值增高的趋势更加明显。这种趋势与我国的经济发展和排污量的变化密切相关。说明在这段时间内长江河口沉积物中重金属元素受到人为污染的影响逐渐加强。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
0 研究综述  13-22
  0.1 科学背景和研究意义  13-15
  0.2 河口区沉积物中重金属元素研究现状  15-20
    0.2.1 河口沉积物中重金属元素的来源  15-18
    0.2.2 河口沉积物中重金属元素的空间分布及影响因素  18-19
    0.2.3 河口沉积物中重金属元素的赋存形态  19
    0.2.4 存在的问题  19-20
  0.3 科学问题的提出及论文主要工作量  20-22
1 样品和方法  22-29
  1.1 样品描述  22-26
    1.1.1 表层沉积物  22-26
    1.1.2 岩芯沉积物  26
    1.1.3 海水  26
  1.2 分析方法  26-29
    1.2.1 研究区海水温度和盐度的现场观测  26-27
    1.2.2 粒度分析  27
    1.2.3 元素分析  27-28
    1.2.4 放射性同位素测年  28-29
2 研究区概况  29-40
  2.1 研究区地理位置和底质沉积物类型  29
  2.2 研究区流系  29-32
    2.2.1 黑潮  30-31
    2.2.2 台湾暖流  31
    2.2.3 东海沿岸流  31
    2.2.4 长江冲淡水  31-32
  2.3 研究区海水的温度和盐度特征  32-35
    2.3.1 研究区海水温度特征  32-33
    2.3.2 研究区海水盐度特征  33-35
  2.4 长江流域重大人类活动  35-38
    2.4.1 丹江口水库  36
    2.4.2 葛洲坝工程  36
    2.4.3 三峡工程  36-37
    2.4.4 南水北调工程  37-38
  2.5 长江径流量和输沙量的年际和年内变化  38-40
3 研究区沉积物的粒度特征  40-48
  3.1 研究区表层沉积物粒度特征  40-46
    3.1.1 2003 年研究区表层沉积物粒度特征  40-42
    3.1.2 2006 年研究区表层沉积物粒度特征  42-45
    3.1.3 2003 年与2006 年沉积物粒度组成的对比  45-46
  3.2 岩芯沉积物粒度特征  46-47
  3.3 小结  47-48
4 表层沉积物中重金属元素的分布规律和环境指示意义  48-67
  4.1 表层沉积物重金属元素的平面分布特征  52-58
    4.1.1 2003 年沉积物中重金属元素的平面分布特征  52-54
    4.1.2 2006 年沉积物中重金属元素的平面分布特征  54-58
  4.2 表层沉积物中重金属元素的相关分析  58-64
    4.2.1 2006 年沉积物中元素的相关分析  58-60
    4.2.2 2003 年沉积物中元素的相关分析及其与2006 年资料的对比  60-64
  4.3 表层沉积物中重金属元素沿各个断面的分布特征及其控制因素（对比2003 和2006 年资料）  64-65
  4.4 小结  65-67
5 岩芯沉积物中重金属元素的变化规律和环境指示意义  67-78
  5.1 岩芯沉积物组成的稳定性分析  67-68
  5.2 岩芯沉积物的年代特征  68-69
  5.3 岩芯沉积物中重金属元素的变化规律和影响因素  69-76
    5.3.1 岩芯沉积物中重金属元素含量与粒度之间的相关性  69-71
    5.3.2 岩芯沉积物中重金属元素含量变化规律及其影响因素  71-76
  5.4 小结  76-78
6 沉积物中重金属元素含量对人类活动的响应  78-89
  6.1 三峡工程一期蓄水后表层沉积物中元素的主成份分析及其对比研究  78-82
    6.1.1 2003 年表层沉积物中元素的主成份分析  78-80
    6.1.2 2006 年表层沉积物中元素的主成份分析及其与 2003 年资料的比较  80-82
  6.2 三峡工程蓄水后表层沉积物中重金属元素的区域富集和变化特征  82-84
  6.3 研究区岩芯沉积物中重金属元素对人为污染的响应  84-87
  6.4 小结  87-89
7 结论  89-92
参考文献  92-97
致谢  97-98
简历及攻读硕士学位期间发表的论文  98

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