本文關(guān)鍵詞：潮汐和海浪引起的海岸帶含水層地下水動(dòng)態(tài)研究

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【摘要】：海岸帶含水層地下水動(dòng)態(tài)的研究具有重要意義,它有助于掌握地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律、了解含水層結(jié)構(gòu)特征、評估含水層水文地質(zhì)參數(shù);有助于解決人們?nèi)找骊P(guān)心的環(huán)境地質(zhì)問題(如海岸帶污染物遷移、海水入侵、海底地下水排泄及營養(yǎng)鹽的入海通量等);有助于海岸帶淡水資源保護(hù)、灘涂生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、沿海開發(fā)等。本文研究了三方面的內(nèi)容,一是給出了潮汐和單井抽水共同作用下海岸帶含水層地下水流的解析解,二是對潮汐和海浪共同作用下萊州灣某砂質(zhì)海岸帶含水層系統(tǒng)中的地下水流和鹽分溶質(zhì)運(yùn)移進(jìn)行了系統(tǒng)的野外觀測和數(shù)值模擬研究,三是對潮下帶海浪作用下的海水-地下水相互交換進(jìn)行了野外觀測和分析。分別詳述如下。在潮汐的影響下,海岸帶含水層系統(tǒng)中地下水水位或水頭是波動(dòng)的。已經(jīng)有很多解析解描述各種海岸帶含水層系統(tǒng)下潮汐作用下地下水水位或水頭的波動(dòng)。潮汐效應(yīng)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法已經(jīng)被廣泛用于評估含水層參數(shù)。隨著海岸帶地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,尤其是水產(chǎn)養(yǎng)殖、沙灘泄水、海岸帶護(hù)土構(gòu)筑以及海水入侵防護(hù)等的需要,在海岸帶地區(qū)地下水抽水或者注水非常普遍。然而,很少有解析解能刻畫含水層在抽水及潮汐共同作用下地下水的響應(yīng)。本文根據(jù)已有的解析解,利用鏡像法和疊加原理推導(dǎo)了海岸帶含水層中地下水水位或水頭在潮汐作用下定流量完整抽水井抽水的解析解,給出了十一種具有不同邊界條件或含水層結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型及其解析解。通過對解析解性質(zhì)的分析,發(fā)現(xiàn)降深曲線形狀顯著依賴于抽水初始時(shí)刻的潮汐潮位,這一點(diǎn)在應(yīng)用中應(yīng)該充分重視。海洋各種營力(潮汐、海浪)影響海岸帶含水層地下水動(dòng)態(tài)、溶質(zhì)運(yùn)移以及污染物的運(yùn)移擴(kuò)散。由于模型非線性復(fù)雜性,潮汐、海浪作用下地下水鹽分分布的動(dòng)態(tài)特征很難求得解析解,即使是數(shù)值解研究,目前也很少有潮汐及海浪共同作用下含水層地下水動(dòng)態(tài)的數(shù)值模擬研究,更沒有對野外海浪與潮汐共同作用下的數(shù)值模擬研究的報(bào)道。本文基于萊州灣砂質(zhì)海灘潮間帶野外觀測數(shù)據(jù),利用地下水水流及溶質(zhì)運(yùn)移模擬軟件MARUN建立二維剖面流模型進(jìn)行數(shù)值模擬。模型的海向邊界疊加了實(shí)測的潮汐以及隨時(shí)間變化的經(jīng)過相位平均處理的海浪。模擬結(jié)果再現(xiàn)了潮間帶地下水水頭及鹽分的動(dòng)態(tài)特征。潮間帶海水-地下水界面上水量、鹽分交換的計(jì)算結(jié)果表明,海浪增加了界面上水鹽交換,使得潮間帶地下水循環(huán)更加活躍。海底地下水排泄(SGD)包括淡水排泄量以及海水循環(huán)量。SGD的主要成分是循環(huán)海水,而潮汐及海浪被認(rèn)為是循環(huán)海水的主要驅(qū)動(dòng)力。眾多研究表明,潮間帶潮汐或海浪引起的海底地下水排泄比用鐳同位素示蹤方法估計(jì)的SGD至少小一個(gè)數(shù)量級。本文認(rèn)為造成這一差別的重要原因之一是忽視了從潮下帶到海底陸架之間這一廣闊區(qū)域的海水-地下水交換,而在這一區(qū)域中海浪是主要的海水-地下水交換的驅(qū)動(dòng)力。我們通過在萊州灣野外兩個(gè)場地布設(shè)潮下帶監(jiān)測設(shè)備,獲得了在高頻海浪作用下含水層中地下水的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)廣義達(dá)西定律直接計(jì)算了在海浪作用下潮下帶海底界面處的水交換量。結(jié)合萊州灣水深及沉積物分布數(shù)據(jù),將兩點(diǎn)結(jié)果推廣到整個(gè)萊州灣,得到萊州灣潮下帶淺海地區(qū)海浪引起的海水-地下水交換量為1.35×108 m3/d,其值可以占到鐳同位素估計(jì)SGD量的22%-32%。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P731.2;P641.2

【參考文獻(xiàn)】

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