中国・大亜湾の泥砂層帯水層における潮汐性地下水流動とその水質特性への潜在的影響

Tidal groundwater flow and its potential effect on the hydrochemical characteristics in a mud-sand-layered aquifer in Daya Bay, China.

• Xiaobo Feng
• Kai Xiao
• Hailong Li

抄録

潮汐性地下水の動態と水化学特性は、沿岸域の生態系や環境システムに影響を与える重要な役割を果たす可能性がある。しかし、地下水の動態と水理化学的特性との間に潜在的な関係があるかどうかについては、これまで十分に理解されていませんでした。本研究では、中国・大亜湾の潮間干潟を対象に、現地調査と数値シミュレーションを組み合わせた総合的な調査を行い、潮汐に伴う地下水の動態が水理化学に及ぼす影響を明らかにした。本研究では、泥と砂の層状帯水層を有する長さ200mの潮間帯状区間に沿って、春から夏にかけての潮汐周期で地下水位の時系列変化をモニタリングした。浅層の地下水サンプルを採取し、主要イオン(Na, K, Ca, Mg, SO, HCO, Cl),重金属(As, Cu),短寿命ラジウム同位体(Ra, Ra)を含む水理化学的特性の空間分布を分析した。本研究では、地下水の流れ場を把握するために、横断歩道に沿った地下水輸送過程をシミュレーションし、水-堆積物界面における地下水-海水交換率を定量的に評価した。その結果、海水-地下水相互作用が地下水の水質に大きな影響を与えていることが明らかになった。例えば、主なイオンは、微生物の硫酸塩還元によるSOの損失、水-岩石相互作用によるHCO, Ca, Mgの濃縮など、様々な程度の濃縮・損失を示した。重金属は地下水によって運ばれ、潮間帯堆積物に蓄積された。また、短寿命ラジウム同位体活性と酸化還元電位との間には負の相関があった。しかし、海水-地下水交換率と短寿命ラジウム同位体活動との関係は有意ではなかった。

Tidal groundwater dynamics and hydrochemistry can play important roles in influencing nearshore ecological and environmental systems. However, the potential relationship between the groundwater dynamics and the hydrochemical characteristics was not well understood. In this study, we conducted an integrated investigation by field work and numerical simulations to explore the potential effect of tidal groundwater dynamics on hydrochemistry in an intertidal mudflat in Daya Bay, China. The time series of groundwater level were monitored over a spring-neap tidal cycle along a 200-m-long intertidal transect, which had a mud-sand-layered aquifer. The shallow groundwater samples were collected to analyze the spatial distributions of hydrochemical characteristics, including major ions (Na, K, Ca, Mg, SO, HCO, and Cl), heavy metals (As and Cu), and short-lived radium isotopes (Ra and Ra). The groundwater transport process along the transect was simulated for understanding the groundwater flow field and quantifying the groundwater-seawater exchange rates across the water-sediment interface. The integrated results indicated that the seawater-groundwater interactions play a great influence on the groundwater hydrochemistry. For example, the major ions showed various degrees of enrichment and loss, such as losses of SO due to microbial sulfate reduction, and enrichment of HCO, Ca, and Mg under the water-rock interactions. Heavy metals were transported by groundwater and accumulated in the intertidal sediments. In addition, there was a negative correlation between short-lived radium isotope activities and oxidation-reduction potential. However, the relationship between seawater-groundwater exchange rates and the short-lived radium isotope activities was not significant.