地下水排泄最早是以泉的形式为人们所认识。地下水向地表水排
泄时，地表水是地下水排泄基准，除个别以水下泉（河底泉，湖底泉，
湿地泉，海底泉等）形式集中排泄外，大多为分散的线状泄流。对于
河流，可采取分割流量过程线求取地下水排泄量。然而，地下水向海
洋、湖泊、湿地等水体的排泄，由于地下水排泄时空差异性，分散性，
缓慢性和隐蔽性以及测量手段的落后，导致地下水排泄是非常难准确
量化的。
（Garcia-Solsona et al., 2008; Moore et al., 2010; 苏妮, 2013; Wang et
15/46 al., 2019; Xiao et al., 2019; Zhang et al., 2016, 2018, 2020），河口（许 博超, 2011; Gu et al., 2012; 苏妮, 2013; Xu et al., 2013; 夏冬, 2015）， 河流（Hancock et al., 2005; Rodellas et al., 2012; Barclay et al., 2019; Caldwell et al., 2020），湖泊（Corbett et al., 1997; Kluge et al., 2007; Liao et al., 2020; Jiang, 2020），湿地（Chartte et al., 2003; Cook et al., 2008; De Weys et al., 2011; Rodellas et al., 2012）近年来，随着监测技术和研究方法的发展，已在海岸潟湖
等研究领域开展大量 的地下水排泄研究，并取得一系列高水平成果，证实了地下水排泄在不同水体的水量平衡和水质评价的作用是不容忽视的。然而，大部分研究工作是关于地下水排泄速率的计算，只有很少研究是对湿地不同地下水排泄来源的评估。
目前，研究地下水排泄的常用方法可归结为 3 类，分别是直接测量法、模型计
算法和环境同位素示踪法。
（1）直接测量法：主要是通过渗流仪对地下水排泄进行直接测量，该方法操作简单，但只适用于小尺度研究。因为对于大尺度或区域的地下水排泄量，只能通过加大测点密度，成本很高。
（2）模型计算法：主要包括达西定律法、水（盐）均衡法和数值模拟法等。达西定律法主要地表水和地下水的水头差及沉积物的渗透系数来推算地下水排泄量，但是实际情况中沿岸含水层具有非均质性，渗流系数并非恒定不变，因此，这也限制了达西定律的广泛应用。水（盐）均衡法主要用于评价区域尺度内陆源淡水地下水排泄，该方法计算结果的准确程度依赖于各个水文过程变量的监测精度，如降雨量、河水流量和人工开采用量等，所以地下水排泄的评价中使用相对较少。数值模拟法是对地下水流方程和地下水溶质运移方程进行空间和时间的离散，通过离散求解地下水运动方程和溶质运移方程，从而求得数学模型解。但是在现实中很难准确获得湿地、湖泊、海湾含水层等水文地质参数，所以数值模拟结果与研究区的实际状况存在一定差距。
（3）环境同位素示踪法：选用的地下水示踪剂化学性质较为保守的元素作为理想示踪剂。环境同位素示踪剂应用在研究区地下水排泄的工作量较小，有效的避免了由于地下水排泄的分布不均匀带来的影响。湿地可以分为人工湿地、沼泽湿地、湖泊湿地、滨海湿地、河流湿地五大类型。地下水排泄是指地下水通过渗透或流动进入湿地、河流或湖泊等水体的过程。关于湿地地下水排泄的研究最开始是以研究沼泽湿地地下水排泄开始的，论文是在研究工厂排泄废水对植物生长影响的研究中加入了湿地地下水排泄这个变量。随着对地下水作用和地下水循环过程认识的不断深入，人们开始意识到湿地地下水在湿地生态系统中的重要性，并开始进行相关的研究。目前以“Wetland groundwater discharge”为关键词在“web of science”发表的文献总共有1576篇。近几十年来，随着湿地生态系统研究的不断深入和技术手段的不断发展，湿地地下水研究取得了许多重要进展。Hathaway等研究了人工湿地对地下水排泄的净化能力，得出受污染的地下水排泄经过人工湿地出水营养盐浓度远低于进水营养盐浓度；Hensel等研究了人工湿地对地下水水位造成的影响，得出人工湿地能够增加地下水排泄量，稳定地下水流动模式；Peterson等评估了潮汐对地下水排泄输入沼泽湿地河口的营养盐通量造成的影响；Wilcox等[13]研究了密歇根湖地下水系统的水化学类型，得出地下水排泄支持了湖泊湿地植物的生长；Olid等研究了地下水排泄对北极湖湿地甲烷输出，得出温度上升、冻土融化和降水增加会增大地下水排泄输入湖泊湿地甲烷通量；Zarroca等利用222Rn和224Ra描绘了西班牙沿岸滨海湿地地下水排泄过程，并提出了地下水补给滨海湿地的水文地质模型；Rodellas等利用了222Rn和Ra同位素研究了不同地下水来源对地中海沿岸滨海湿地的贡献；Wood等研究海平面变化对地下水排泄补给滨海湿地盐度的影响，得出海平面变化对滨海湿地造成的盐度营养高于地下水排泄；Larocque等研究了河流湿地地下水和地表水交换情况，得出地形地貌对河流湿地地下水排泄造成的影响。湿地地下水排泄的定量估算目前研究较少，但可以根据研究区情况不同使用不同的测量方法。目前研究湿地地下水排泄的方法和研究其他区域地下水排泄使用的方法大致相同，主要分为以下三种[20]：（1）直接测量法、（2）水量模型法、（3）地球化学示踪法。
（1）直接测量法是使用渗流计直接测量小流域地下水排泄数据。目前渗流计已经发展为可以自动测量地下水排泄量，能够高效地实现现场连续监测。然而，由于地下水排泄具有时空上的不确定性，渗流计所记录的数据主要反映了局部小范围的排泄情况。为了获取更大范围内地下水排泄的精确数据，我们需要在多个点位布置多个渗流计进行同步观测，成本较高，因此只适用于小流域使用。
（2）水量模型法涵盖了多种方法，其中主要包括达西定律法、数值模拟法以及水均衡法。达西定律指的是在含水层渗流均匀，渗流系数恒定的情况下，渗流速度与渗流系数和水利梯度之间呈现线性关系。其需要满足上述条件才能使用，具有局限性。数值模拟法是利用数学模型计算地下水排泄通量的方法。在计算机技术的日益进步之下，地下水数值模拟软件的开发工作持续进行并取得显著进展。目前主流地下水模拟软件为 MODFLOW 以及其衍生软件。这些地下水模拟软件在地下水排泄的模拟研究中得到了广泛运用，为相关领域的研究提供了有力的工具支持。尽管这些软件模型在地下水排泄模拟中发挥着重要作用，但在实际应用过程中，获取地下水含水层的水文地质参数和调整边界条件参数却需要现场测量获得数据，这使得准确模拟地下水排泄过程具有一定的难度。水均衡法主要用于评估区域尺度内陆源淡水地下水的排泄情况。然而，由于该方法高度依赖于降雨量、河水流量、人工开采用量等水文过程变量的精确监测数据，使得在实际应用中对于地下水排泄的评价使用相对较少。
（3）地球化学示踪法是目前估算不同空间尺度，最为广泛的方法，其原理是天然同位素中的镭同位素和氡同位素因为其稳定、地下水含量远高于地表水的性质可以用来示踪地下水排泄。镭同位素分别为 223Ra、224Ra、226Ra 和 228Ra，其中 223Ra 和 224Ra 半衰期较短分别为 11.4 天和 3.66 天；226Ra 和 228Ra 半衰期较长分别为 1600 年和 5.75 年，镭的半衰期长，能够用于描述不同规模水体的更新周期，因此被用于地下水排泄示踪实验中。氡的天然同位素分别为 219Rn、220Rn 和 222Rn。219Rn 和 220Rn 的半衰期分别为 3.96 秒和 55.6 秒，并且这两个天然同位素难以测量，所以 219Rn 和 220Rn 很少应用于地下水示踪实验。222Rn 是一种惰性气体，广泛存在于铀系岩石、沉积物和土壤中，易溶于水，化学性质保守，地下水中含量远高于地表水，即使是较低浓度的 222Rn 也能够用 RAD-7 测氡仪直接测量，并且 RAD-7 测氡仪携带方便，不用富集，可以实现长时间观测。222Rn 半衰期为 3.823 天，能够完美匹配地下水水文过程，是理想的地下水排泄示踪剂。
相关研究表明地下水排泄不仅是很多湿地系统水量的重要组成部分，它也是营养盐、重金属、有机和无机化合物以及天然放射性核素等向湿地输送的重要而隐蔽的途径。但是由于地下水排泄的隐蔽性以及地下水-地表水相互作用的复杂性，在大尺度上地下水排泄以及输入的溶质通量很难被定量研究。直至 20 世纪 90 年代，Moore 教授使用 226Ra 同位素评估南大西洋 320 千米海岸线上地下水排泄通量，得出地下水排泄和当地河流入海量是同一个数量级的结论后，才推动了大尺度范围上地下水排泄通量及其环境效应的研究。研究指出，地下水排泄通量和地表水相近，但是地下水中的营养盐和重金属等溶质通常高于地表水，因此地下水排泄是区域水体物质循环的重要因素。尽管全球范围内有很多研究地下水排泄以及其环境效应的实例，但其空间分布不均，主要是以美国为主的发达国家开始研究较多，这主要和各国经济发展水平有关。美国是世界上研究地下水排泄最多的国家，约占全球研究总数的 40%。Garcia-Solsona 等利用镭同位素评估地下水排泄通量，并计算地下水排泄输入营养盐通量，得出地下水排泄对当地的环境效应，维持了浮游植物的生长消耗。Hwang 等[36]评估了韩国洋佳湾地下水排泄其输入营养物质通量，得出地下水排泄输入营养盐通量比河流输入的高一个数量级，近海岸发生水体富营养化主要和地下水排泄输入的营养盐有关。Sadat-Noori 等得出地下水排泄导致潮河水体 N/P 变大，潮河水体由氮限制转变为磷限制水体，突出了地下水排泄对沿地表水富营养化的影响。Windom 等得出南大西洋地下水排泄输入的金属离子是不可忽略的。Stewart 等表明地下水中碱度、溶解无机碳、溶解有机碳分别是地表水浓度的数倍，地下水输入的碳通量远高于地表水输入，地下水排泄对碳循环有重要影响。Liu 等发现地下水排泄是碱度、溶解无机碳的重要来源。在地下水排泄研究方面，中国起步较晚，但自 2010 年之后发展众多成果。关于地下水排泄及其环境效应的研究主要以南方城市以及沿海城市居多。Sun 等通过使用（δD 和 δO-18）和 222Rn 质量平衡模型，估算了鄱阳湖地下水排泄通量及其输入水化学通量。Shi 等研究了地下水排泄对太湖水体富营养化的影响。范红晨等利用不同地下水端元建立 222Rn 质量平衡模型估算天鹅湖流域地下水排泄通量。Wang 等在大亚湾建立 226Ra 质量平衡模型计算地下水排泄通量，并得出地下水排泄改变了大亚湾地表水体营养盐结构的结论。Li 等估算了奥河口地下水排泄及其输入重金属通量，得出地下水排泄对地表水的金属浓度增加有关键作用。张艳等在莱州湾利用 222Rn 示踪地下水排泄及输入溶质通量，得出地下水排泄输入的碱度和营养盐通量远大于当地河流输入量，地下水中不平衡的氮磷比影响当地生态环境。Lee 等利用 226Ra 同位素示踪地下水排泄及其营养盐通量得出地下水排泄是香港 Tolo港海水富营养化，赤潮和藻华发生的原因之一。陈小刚利用 222Rn 和 226Ra 同位素示踪地下水排泄，得出地下水排泄对红树林生态系统、盐沼生态系统、沙质海滩生态系统岩溶生态系统造成的环境影响是不可忽略的。Zhang 等利用 222Rn 示踪湿地地下水排泄，得出地下水排泄是湿地藻华的一个重要原因之一。在其他地区，包括华中、华北和西部地区，也开展了针对不同湖泊和湿地的地下水排泄及其环境效应的研究，为区域水资源的可持续利用提供了重要的科学依据。这些研究都能够表明，水体富营养化的发生除了水文、气象、盐度、水温、氧化还原电位以外，水体中的氮磷营养盐以及一些其他的金属离子等是刺激水体富营养化的主要原因。在区域尺度上，地下水输入的金属离子及营养盐通量可能比地表水输入的还要高。因此在地下水金属离子氮、磷营养盐不断增加的情况下，必须加强对地下水排泄携带溶质的检测，了解其对环境变化造成的影响，从而为水质的治理和可持续发展提供参考依据。
