在受海水入侵影响区域内，由海底地下水排放所导致的金属元素通量

《Journal of Environmental Sciences》：Submarine groundwater discharge derived metal elements fluxes in a seawater intrusion influenced area

本研究通过水文化学与同位素方法，揭示海水入侵区地下水重金属Ba、Pb的释放与迁移机制，利用222Rn模型估算泰国湾上部区域的海底地下水通量及重金属通量，并分析气候变化的影响，为沿海可持续发展提供依据。

　　

王彦成|陈光全|刘文哲|赵新斌|Chutima Boonyaridsripong|刘胜发|余洪军|徐星勇

中国地质大学（北京）海洋科学学院，北京 100083，中国

摘要

海底地下水排放（SGD）在将重金属输送到沿海水域的过程中起着关键作用，然而沿海含水层中地下水与海水之间的相互关系仍不清楚。为了深入了解受海水入侵影响的含水层中重金属循环转化（尤其是钡和铅）的关键过程，我们利用水化学和多种同位素方法全面揭示了重金属的释放、控制及迁移情况。研究结果表明，地下水资源受到了海水入侵和重金属的污染。此外，地下水盐度的增加会导致钡和铅在含水层中的释放和富集。我们建立了一个²²²Rn质量平衡模型来估算泰国湾上部的SGD和重金属通量。结果显示，湄公河口、西部沙质海岸及泰国湾上部的SGD通量分别为0.023、0.005和0.050 m³/m²/d。泰国湾上部由SGD引起的钡和铅通量分别为4.50×10¹⁰和4.97×10¹² mg/d。为了评估SGD的历史变化及其对沿海地质灾害的影响，我们重建了昭披耶河三角洲SGD及其衍生铅的通量变化，并分析了SGD与气候变化之间的相互作用。本研究强调了海水-地下水相互作用在研究SGD衍生重金属方面的重要性。这项研究将为泰国及其他沿海国家的沿海区域规划、管理和可持续发展提供科学依据。

引言

沿海地区的水海相互作用对陆地和海洋环境造成了破坏（Buranapratheprat等人，2021年）。脆弱的沿海环境不仅受到沿海地区快速发展的巨大压力，还因气候变化和人类活动而加剧（Santos等人，2021年）。水海相互作用的不平衡导致了一系列环境问题，如水质恶化、富营养化和缺氧，这些问题引起了广泛关注（Chen等人，2022年；Guo等人，2020年；Zhu等人，2025年）。

作为水海相互作用的重要组成部分，海底地下水排放（SGD）被定义为从海底到沿海海洋的所有流动（Burnett等人，2003年）。SGD动态地连接了陆地和海洋，推动了沿海含水层与海洋之间的化学成分交换（Knee和Paytan，2012年）。在参与水循环的过程中，地下水将大量物质（营养物质、金属、碳等）带入海洋，显著影响了沿海水域的生态环境（Chen等人，2021年；Guo等人，2020年；Luo等人，2022年）。在方法方面，氡同位素被广泛用于追踪地下水的流动（Wang等人，2022年；Zhao等人，2026年）。SGD被认为是沿海海洋中溶解重金属的重要来源，但在泰国相关研究较少。此外，通过地下水进入海洋的重金属会破坏沿海生态系统，并通过海洋食物链危害人类健康（McKenzie等人，2024年；Santos等人，2011年；Trezzi等人，2016年）。

与SGD过程相反，海水入侵（SWI）是沿海地区的一个全球性环境问题（Gad和Khalaf，2015年；Xu等人，2021年）。由于城市化和地下水过度开采，泰国部分地区在上个世纪出现了海水入侵现象（Lorphensri等人，2016年）。重金属污染对人类健康和环境有显著影响（Wu等人，2025年）。沿海含水层是重金属的重要储存库，其行为和化学性质复杂。海水入侵的发生增加了金属的释放，加剧了SGD的环境影响（Xiong等人，2020年；Xue等人，2023年）。

泰国湾北部海岸人口密集且经济发达。地下水质量污染（Lorphensri等人，2016年；Xiong等人，2020年）、海洋环境恶化（Dulaiova等人，2006年；Wang等人，2022年）以及海岸侵蚀（Bidorn等人，2021年）现象频发，亟需解决。钡（Ba）和铅（Pb）在含水层中的行为各异，其含量尤其高。因此，确定钡和铅的来源和迁移路径并量化其在泰国湾上部的通量至关重要。目前认识到气候变化对沿海环境有显著影响。我们试图通过重建过去40年的SGD通量来研究气候变化对SGD、SGD衍生铅及海岸侵蚀的影响。

本研究的主要目的是表征海水入侵区域中SGD衍生的钡和铅通量，并探讨气候变化下的沿海环境影响。具体而言，本文（1）分析了沿海地下水的化学特性以及钡和铅的释放和控制机制；（2）利用氡同位素计算SGD通量，并评估地下水排放对海洋重金属的贡献；（3）阐明了气候变化对SGD的影响。本研究对海洋环境保护和沿海地下水资源的可持续管理具有重要意义。

研究区域背景

泰国位于印度支那半岛的中南部，面积约为513,000平方公里，海岸线长度为3,151公里（图1a）。泰国整体地形北部较高，南部较低，主要为平原和低地。泰国大部分地区属于热带季风气候，年平均降水量约为900至1,400毫米。主要河流有湄公河、他钦河、昭披耶河和邦帕孔河。

地下水的水文特征

研究区域的地下水盐度存在明显的区域分布，时间变化不显著。3月份地下水的总溶解固体（TDS）含量范围为292.50-3,880.50 mg/L（平均值：1,679.90 mg/L），11月份为500.50-6,435.00 mg/L（平均值：2,319.80 mg/L）。地下水中的TDS含量从沿海向内陆逐渐减少，部分内陆地下水受到海水入侵的轻微影响。河水受到海水倒流的影响。

结论

沿海地区因其发达的经济和脆弱的生态系统而至关重要。本文比较研究了水海相互作用对沿海环境的影响。在海水入侵的影响下，钡和铅在含水层中释放并富集，随后排放到海洋中，可能对沿海地区的生态环境产生潜在影响。氡质量平衡模型量化了地下水的贡献。

未引用参考文献

Abhishek和Sayama，2021

CRediT作者贡献声明

王彦成：撰写——初稿、验证、软件使用、方法论、数据分析。陈光全：撰写——审稿与编辑、方法论、数据分析、概念构建。刘文哲：可视化处理、方法论、调查研究。赵新斌：撰写——审稿与编辑、调查研究。Chutima Boonyaridsripong：撰写——审稿与编辑、调查研究。刘胜发：撰写——审稿与编辑、项目管理工作。余洪军：撰写——审稿与编辑、项目协调。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（编号：2024YFC3711702）、国家自然科学基金（编号：42376214和42276223）以及中泰合作项目“沿海区域脆弱性研究”的支持。我们感谢自然资源部莱州湾海水入侵与土壤盐碱化观测研究站提供的部分基础数据。