极端降雨下海岸水库-含水层系统中盐氮耦合动力学的非线性响应及其对可持续水资源管理的启示

《Journal of CO2 Utilization》：Coupled salt and nitrogen dynamics in coastal reservoir-adjacent aquifer systems under extreme rainfall event

本文通过数值模拟揭示了极端降雨事件对海岸水库-含水层系统水盐交换与氮循环的差异化影响。研究发现极端降雨可诱发界面水通量激增133%，并通过改变氧化还原条件促使硝酸盐（NO3?）和铵盐（NH4+）向海侧迁移，但脱盐率（14.1%）显著高于氮污染削减率（<2.5%），表明气候敏感区需采取差异化管控策略。

　　

Highlight

模拟流场和运移时间揭示了有无极端降雨事件（案例ERD-6）下的三种主要流动模式：内陆地下水输入、潮汐驱动流和密度驱动流。这些模式与既往研究一致。短运移时间（<100天）出现在水库侧翼和海水边界附近，主要受潮汐和密度差驱动。

Transient flow patterns and water exchange processes

极端降雨使水库-含水层界面总水通量在12小时内达到峰值，增幅高达133%。淡水注入引发盐度分层重构，促使硝酸盐（NO₃^?）和铵盐（NH₄⁺）向海方向和深部迁移，增强了近海水边界区域的硝化（nitrification）与反硝化（denitrification）活性。

Discussion

研究凸显了极端降雨对海岸水库-含水层系统中污染物归趋的深远影响。盐分（保守性溶质）与氮素（反应性溶质）的响应存在显著差异：脱盐效果（14.1%）远超氮污染削减（NO₃^?降低2.46%，NH₄⁺降低2.21%）。这种不对称性源于氮循环对氧化还原条件变化的高度敏感，而盐分主要受物理运移控制。研究为气候变局下海岸带水质安全管理提供了过程级机理支撑。

Conclusion

通过变密度水流-溶质运移-生物地球化学耦合模型，揭示了极端降雨强度与持续时间对海岸水库-含水层系统盐碱化与氮污染的非线性影响。成果为应对气候变化的沿海水资源适应性管理策略制定了科学框架。