淡水透镜体.doc谷风教学

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1、淡水透镜体一 什么是淡水透镜体大部分海岛地下水以漂浮于咸水之上,中央厚，边缘薄、宛如透镜体形状存在，由于咸淡水的密度差异形成了海岛独特的地下淡水资源淡水透镜体。它是珊瑚岛上十分重要的淡水资源，它的开发应用具有重大的经济、军事和社会效益。珊瑚岛礁是由珊瑚和其它造礁生物在长期地质年代中营造而成的海底隆起构造，集中分布在热带海域和有暖流经过的洋面，雨量充沛，以中国西沙永兴岛为例，19891997年，年均降雨量为1595mm由于特殊的珊瑚地质条件，珊瑚岛上没有可供饮用的地表淡水，仅有雨水通过地面碎屑、砂砾渗入地下形成的淡水水体。二 淡水透镜体的形成珊瑚岛礁淡水透镜体的形成与岛屿的地质构造有关。通常。珊

2、瑚岛礁的下面是第三纪或更新纪的溶蚀灰岩，孔隙、溶洞极为发育，渗透性强，海水容易流通，不能形成淡水透镜体；而上面灰岩，成岩年代晚，其孔隙、溶洞发育不充分，渗透性差，海水不易渗入，雨水却容易保留，能够形成淡水透镜体。尤其是年代晚，没有次生孔隙发育，未固结的沙砾沉积层中，地下水流为粒间孔隙流，有广泛的淡水透镜体。三 淡水透镜体的特点淡水透镜体的厚度因岛而异，有的仅几米，有的十几米，已发现最厚的淡水透镜体是美国夏威夷瓦胡岛的淡水透镜体，厚度达3048 m，而有的岛屿淡水透镜体则很薄，薄到不能维持其自然损耗，只有雨季存在，旱季就消失。淡水透镜体的底部通过孔隙溶洞与海水相通，形成一个过渡带。透镜体的含盐量

3、一般限制在氯离子浓度600mgL之内。这一浓度边界也常被视作淡水透镜体的几何边界。淡水透镜体的密度小于海水密度，悬浮于海水之上，且上表面高出海平面。珊瑚岛礁淡水透镜体是珊瑚礁岛上可再生的有限地下淡水资源, 其上为一潜水面, 埋深不大, 底部通过珊瑚灰岩的孔隙溶洞与海水相通, 形成一个较薄的过渡带。研究淡水透镜体的动态特性时, 常把这一过渡带简化为淡水- 盐水的突变界面。界面随降雨、抽水、流失而变化。降雨时透镜体得到回补,厚度增大, 贮量增加; 抽水和流失时厚度减小, 贮量减少。特别是当用井抽取淡水时, 井中的水位降深会引起井下方淡水- 盐水界面局部上升, 形成倒锥, 如果抽水强度过大、抽水时间

4、过长, 倒锥可能击穿透镜体, 海水上升至潜水面, 使透镜体分裂, 淡水贮量大大下降, 并使地表植被枯死, 引发岛屿的生态环境问题。因此, 开发利用珊瑚岛礁淡水透镜体需要制定正确的开采战略, 确定合理的抽水速率和开采量。构建淡水透镜体的数学模型, 模拟降水对淡水透镜体外型和贮量的影响是制定正确的开采战略, 实现淡水透镜体安全、科学、持续开发利用的基础性工作。影响淡水透镜体的因素很多主要有：（1）水文地质特征：主要是渗透率的分布，裂缝、孔隙和岩溶洞的发育状况以及不整合深度。裂隙、溶洞决定了透镜体的外形。不整合面深度往往是淡水透镜体厚度的主要控制特征。（2)岛屿的大小：岛屿小，承接的雨水少，生成淡水

5、透镜体的地质空间小，淡水透镜体就小。对印度洋中SaathKeelifig环礁的勘察表明：存在淡水透镜体的最小宽度是270m，岛屿宽度小于这值，降水很决流入海洋，不能形成淡水透镜体。(3)地下水的回补：地下水的回补主要取决于雨量、植被总量和性质，土壤的性质。(4)潮汐：每天海水有两次潮汐， 变化范围大约0.2m，每季度为0.4m，由于淡水透镜体悬于海水之上，通过孔隙，溶洞与海水相通，因此潮汐会引起透镜体整体的涨落，但对透镜体的包罗面几乎不影响。四 开采淡水透镜体存在的问题。淡水透镜体十分脆弱，过大的开采量和开采强度均可导致淡水透镜体破坏。正确确定开采量和开采强度是持续、安全开发应用淡水透镜体的前

6、提，基础是淡水透镜体的数值模拟。在透镜体内部，淡水从透镜体最厚的地方向海岸运动，排泄入海。受地质结构、气候、岛屿形状等因素的影响，每个海岛的地下水资源系统都具备其独有的特色为了科学、合理、持续地开发利用淡水透镜体，满足海岛居民用水，Todd KPresley对Marshall岛1998年干旱对淡水透镜体的影响作了深入的分析，指出在补给条件不足的情况下过度开采使得透镜体的厚度急剧减小；James和Sarah采用SEAWAT软件对自然因素和人类活动对淡水透镜体形状的影响作了数值模拟；Jocson，Jenson和Contractor采用SWIG2D软件结合实际降雨及水位资料模拟了降雨对Mariana

7、岛淡水透镜体的影响，Hocking和Forbes利用格林函数的方法计算并模拟了开采淡水透镜体时，倒锥的形状及变化情况。利用数值模拟软件对淡水透镜体进行研究屡见不鲜，但对于淡水透镜体室内模拟实验的研究尚未见报道。由于实际水文地质条件的复杂性，野外试验数据的缺乏等原因，使得海岛淡水透镜体数值模拟具有一定的局限性，相比之下物理模拟试验具有试验条件容易控制，对透镜体的演化过程亦能进行较好的模拟，在某些情况下物理模拟试验可以替代现场原型试验，所以，作为研究海岛淡水透镜体演变的另一种手段以及野外试验的有效补充，进行海岛淡水透镜体室内模拟试验是非常必要的。采用自制的模型装置，对海岛淡水透镜体的形成过程进行了室内模拟实验，这不仅为国内外开展类似研究提供参考，同时为开采海岛淡水透镜体地下水资源提供理论基础。6教育a