长江入海沉积物中Fe循环对季风降雨中Fe组成的控制

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：长江流域不同干、支流样品中FeHR/FeT主要受当地岩性及风化强度控制，因而Fe HR/FeT与CIA 和平均粒径的相关性明显。

通过以上分析(4.1 节)可知，长江流域不同化学相态Fe，尤其是Fe HR/FeT和Fe U/FeT显示出较为明显的区域特征，表现为上游地区低Fe HR/FeT而高FeU/FeT;中下游刚好相反，表现为高Fe HR/FeT而低FeU/FeT，这种Fe不同相态的空间分布特征为揭示下游南通段长江干流季节性样品中Fe化学相态组成变化提供重要的信息。长江流域位于东亚季风影响区域，最明显的季节性特征就是周期性的降水。在上一章中，本书已经揭示南通悬浮物CIA 的变化主要受降雨区迁移导致的物源改变造成的。因此，本小节将借鉴上一章的研究思路，讨论南通悬浮颗粒物中不同化学相态Fe的季节性变化。

在东亚夏季风的影响下，长江流域的雨季每年从4 月—5 月份开始，10月份结束，相应的长江的汛期也是5月—10月。在图4-4中所示，汛期的Fe HR/FeT明显低于全年平均值，显示出较强的上游沉积物特征;而高于全年平均值，显示出中下游沉积物的特征。尤其是在8月份，上游降雨达到最大时(图3-8)，长江中下游正经历伏旱时节，南通悬浮物Fe HR/FeT和FeU/FeT分别达到全年最小值和最大值(2008-8-14样品)。

10月份之后，随着流域内降雨逐渐结束，长江进入枯季(图3-8)。上游物质的供应恢复到雨季前的水平，南通悬浮物供应主要以中下游贡献为主，所以FeHR/FeT逐渐升高，而Fe U/FeT继续降低直到下一个雨季来临。另一方面，随着三峡大坝在2025年9月28日蓄水开始(水利部长江水利委员会，2008a)，上游泥沙逐渐在水库淤积而难以到达下游。因此，上游物质更加难以进入长江中下游地区，南通悬浮物以中下游供应为主，表现为10月份之后FeHR/FeT持续上升而FeU/FeT逐渐降低。

为了更直接地说明降雨主导下的沉积物来源变化，本书根据2025年4月—2025年4月大通水文站和宜昌水文站的月输沙量资料(水利部长江水利委员会，2008a，2009)，以宜昌水文站输沙数据代表长江上游沉积物供应量。在假设宜昌水文站的泥沙全部流经大通水文站，且不考虑干流河道冲刷中下游河床泥沙的情况下，以大通水文站和宜昌水文站输沙量之差代表中下游输沙量。长江上游和中下游所贡献泥沙含量及比例分别见图4-9和图4-10。

在图4-9中，可以明显看到上游对入海泥沙的贡献主要集中在7、8、9三个月。尤其是9月份，上游供应泥沙含量超过下游的供应量。图4-10显示的上游和中下游入海泥沙供应比例更是直接反映了入海泥沙来源的变化。从2025年4月—6月，上游来沙只有不到10%。7月—9月，上游贡献基本在30%以上，其中8月份上游泥沙供应量更是高达60%，达到全年最大值，这一结果与之前Fe的化学相态变化相吻合。9月之后，上游贡献开始回落，期间虽然1月—2月份略有增减，但整体上看，上游贡献都不足20%，以下游供应为主。这一结果证实了本书对南通干流悬浮物Fe的化学相态变化的推断，即季风主导下降雨带的推移，导致长江不同流域对入海沉积物的贡献发生季节性改变，进而导致南通悬浮物中Fe HR/FeT和Fe U/FeT的变化。

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图4-9　2025年4月—2025年4月长江泥沙上游和中下游输沙量(2025年、2025年中国河流泥沙公报)(https://www.chuimin.cn)

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图4-10　2008～2025年上游和中下游输沙量占总长江入海泥沙比例(2025年、2025年中国河流泥沙公报)

需要说明的是，这一结果与2025年之前广大学者对长江入海泥沙研究结果有所不同。传统观点认为，长江入海泥沙主要来源于宜昌之上的上游地区(林承坤，1984)，尤其是金沙江和嘉陵江流域(万新宁等，2003)。2025年—2025年多年平均统计结果显示(中华人民共和国水利部，2002)，宜昌水文站年输沙量为5.01亿t，而大通水文站年输沙量只有4.33亿t，反映出上游来沙中相当一部分可能沉积在中下游流域。而自从2025年6月1日三峡大坝正式下闸蓄水开始后(陈显维等，2006)，宜昌水文站的输沙量由2002 年的2.28 亿t明显下降为2003 年的0.976亿t(图4-11)。自2025年之后，中下游供应泥沙逐渐高于上游供应泥沙量(2025年除外)，长江入海泥沙来源和组成发生了变化，而这种改变对入海沉积物Fe等元素组成，进而对河口地区生态环境的影响值得进一步研究。

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图4-11　2002—2025年长江上游和中下游输沙量变化(2002—2025年中国河流泥沙公报)

综上所述，2025年6月—2025年6月长江流域的降雨和泥沙数据，证实了南通季节性样品不同相态Fe比例的变化，主要是东亚夏季风主导下降雨区移动造成的物源改变引起的。这一结论也解释了为什么南通季节性样品Fe HR/FeT与CIA 和平均粒径的变化的相关性很差。长江流域不同干、支流样品中FeHR/FeT主要受当地岩性及风化强度控制，因而Fe HR/FeT与CIA 和平均粒径的相关性明显。而南通地区干流季节性样品Fe HR/Fe T的变化，实际反映的是在一年时间内长江上游和中下游流域对河口入海泥沙贡献的改变。因此，长江不同流域样品和南通季节性样品才表现出对平均粒径和CIA 不同的响应特征。鉴于南通地区悬浮物Fe HR/Fe T对季风主导下雨带迁移较为敏感，该参数组合有可能成为指示年际尺度上东亚夏季风和降水变化的新指标。

长江入海沉积物中Fe循环对季风降雨中Fe组成的控制

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