多种潮汐边界条件与多期次潮汐作用下地下水位动态特征与数值模拟研究

Because of the effect of multiple tidal boundaries (like ocean and tidal rivers) and multi-stage tidal influences (spring tide season, neap tide season, wet season and dry season), the characteristic of the dynamics of the coastal groundwater that is the main water-supply source for the coastal areas is unique. Based on our review, the previous studies about tide-induced groundwater level dynamics mainly focused on the analytic studies of one-dimensional/two-dimensional groundwater level fluctuations under the influences of multiple tidal boundaries. However the studies, especially the numerical modeling studies, about groundwater level dynamics characteristics under the irregularly shaped and multiple tidal boundaries are limited. Moreover, the previous studies mainly focused on the tide-induced groundwater level dynamics during one tidal process and ignored the influences of multi-stage tides over a longer time scale. For the uniqueness of the groundwater level dynamics induced by the multiple tidal boundaries and multi-stage tidal influences, this research subject will be conducted to reveal the mechanism of the groundwater level response to the multiple tidal boundaries and multi-stage tidal influences. Meanwhile, the mathematical model and numerical simulation method that will be applied in the Zhanjiang city will be built. This research could provide new idea and method for studies of the coastal groundwater level dynamics.

滨海区地下水是当地主要的供水水源，在感潮河和海洋等多种潮汐边界条件的共同影响下，滨海区地下水位动态规律具有独特性，另外在不同期次（大潮期、小潮期、丰水期和枯水期）潮汐过程中的地下水位动态规律也有所不同。目前国内外关于地下水潮汐效应的研究多是直线型潮汐边界条件下的一维或二维解析解理论分析研究，鲜有不规则的多种潮汐边界条件下的地下水位动态及数值模拟研究；且现有研究多限于一次潮汐过程中的地下水潮汐效应拟合分析，忽略了长时间尺度上不同期次潮汐过程对地下水位动态的影响。本项目针对多种潮汐边界条件和多期次潮汐作用下地下水潮汐效应的特点，通过理论分析和地下水位动态监测来揭示多种潮汐边界条件和多期次潮汐作用下的地下水位动态规律及机理，同时建立相应的数学模型及数值计算方法，并在广东湛江地区开展应用研究，为滨海区地下水位动态的认识与研究提供新思路与方法。

地下水是广东湛江主要的供水水源，当地地下水的潮汐效应较为显著，滨海区感潮河和海洋潮汐的叠加作用会使得地下水同时受到感潮河和海洋等多种潮汐边界条件的共同影响；此外，地下水开采和海洋潮汐的共同作用下，地下水潮汐效应规律也较为复杂；再者，湛江地下水系统面临的地下水资源超采及水资源可持续性问题是滨海水资源管理的重要议题。针对上述问题，本项目开展了综合研究，首先，围绕感潮河潮汐和海洋潮汐共同作用下的地下水动态规律，通过监测和理论分析，厘定了感潮河潮汐时空变化特征，提出了地下水系统（尤其是承压水含水层）的感潮河-海洋潮汐动力边界的计算方法，数值模拟分析了感潮河和海洋潮汐共同作用下不同层位地下水潮汐效应规律；其次，围绕海洋潮汐和人为抽水共同作用下的潜水动态规律，结合水位动态监测和数值模拟，深入分析了地下水开采条件（开采井位置、开采量动态、开采井类型）对潜水潮汐效应的影响规律；再者，针对于湛江地下水资源超采和地下水资源可持续问题，基于多年的地下水水化学、同位素和水位动态数据，分析了湛江地下水系统中地下水补给来源，探究了海水入侵的发育特征，采用数值模拟方法分析了开采条件下的地下水系统中地下水资源动态规律和地下水均衡特征，给出了研究区地下水资源的可持续开采量和可持续开采方案。针对潮河潮汐和海洋潮汐共同作用下的地下水动态规律而提出的感潮河-海洋潮汐边界计算方法可为滨海地下水资源动态及环境效应研究提供方法支撑；海洋潮汐和人为抽水共同作用下的潜水动态规律研究可拓展滨海水文地质领域对地下水动态的认识；湛江地下水资源可持续性的研究成果为研究区水资源管理提供了重要支撑。