论文部分内容阅读
随着海岸带经济社会的快速发展,海岸带含水层系统中地下水—海水相互作用的量化研究已成为水文水资源和海岸带水文地质学领域的研究焦点和热点。该作用过程引起的海底地下水排泄(SGD)也是全球水循环的重要组成部分。因此,正确掌握滨海地区地下水—海水相互作用过程和规律有助于阐明地下水流动和溶质运移规律、陆-海交界面通量交换机理和过程及其对海岸带生态系统和生物多样性的影响,为解决及防治滨海生态环境问题提供科学依据和指导。以位于莱州湾的某泥质潮滩多层含水层系统为研究对象,结合野外观测的地下水头和盐度数据及室内实验,利用数值模拟软件MARUN进行了潮滩中地下水—海水相互作用的二维数值模拟研究,探究了在潮汐、潮滩地形、渗出面、弱透水层和咸淡水密度差异等各种复杂因素影响下潮滩中地下水流和溶质运移规律,定量评估了SGD、渗出面排泄SGD、内陆淡水补给和越流量及其时空分布。野外观测和数值模拟结果表明,潮滩地表发育大范围渗出面,范围随潮汐波动呈现周期性变化,最大长度约580 m;地下水位渗出点位置几乎不变,位于地形转折点(坡折点)的内陆方向。潮汐波动形成两个水循环过程,浅层海水—地下水循环和透过弱透水层的深层越流循环。盐度分布由上部盐度晕和盐度楔形体两部分组成,且存在“淡水排泄通道”,它与前人发现的位于低潮线附近的淡水通道不同,是地下水—海水循环、越流循环和咸淡水密度差异共同作用形成的,位置取决于越流空间分布,对应于最大向上越流量及附近地表SGD增加。潮滩中SGD估计为4.95 m3/d/m;内陆淡水补给量约占SGD的5%,其中85%的内陆淡水从深层承压含水层补给。渗出面排泄SGD占总SGD的58%,越流循环量为1.05m3/d/m。研究表明渗出面和越流有可能对潮滩中地下水流路径和盐度分布产生很大影响。基于广义达西定律,提出了一种评估平缓海滩中地下水—海水交换量的简便方法,并应用于莱州湾潮滩。定量评估了潮滩SGD、渗出面排泄SGD及海水入渗量,结果与数值模拟结果吻合良好,验证了该方法的可靠和实用性。有海浪时的潮滩SGD评估结果表明,海浪的影响明显加快了地下水—海水交换,且改变了其空间分布,尤其是潮下带中地下水与海水交换速率暴涨。本文进一步利用解析法定量研究了潮下带SGD,结合海滩野外实验反求的沉积物海潮荷载效应,得出海浪引起的潮下带SGD可达104 m3/d/m,与环境同位素示踪法评估所得的SGD大小(102–103 m3/d/m)相当,说明海浪引起的潮下带地下水—海水交换量显著。