地下淡水存在垂向流速分量的海岸带咸淡水界面研究

海岸带咸淡水界面受到地下淡水流动和潮汐波动的影响，并对地下淡水向海里的排泄量产生影响。在掌握海岸带咸淡水界面确定方法和潮汐效应理论研究现状的基础上，通过分析滨海含水层水文地质结构和地下水头时空变化特点，综合运用野外调查、现场观测、室内模拟试验、数据分析整理、数学计算等多种研究方法和手段，着重从能量平衡的角度分析和刻画海岸带咸淡水的关系，探讨海岸带地下淡水流动存在垂向流速分量时确定咸淡水界面位置的方法，定量研究存在和不存在地表均匀入渗、隔水底板水平和向海里倾斜的潜水含水层，以及等厚和厚度线性变化的水平和向海里倾斜的承压含水层，在海岸带依赖于咸淡水界面的地下淡水排泄量计算方法，和咸淡水界面前沿向内陆延伸距离的计算方法，分析海水面潮汐波动时咸淡水界面位置的变化。研究成果对于揭示海陆交互带水循环和环境演变具有重要的科学意义，对于防治海水入侵、有效开发和保护海岸带地下淡水资源也具有重要的实际价值。

海岸带咸淡水界面位置的确定方法是利用咸淡水突变界面模型研究海水入侵和进行海岸带地下水动力学计算的理论基础。本项目开展海岸带水文地质野外调查、采样测试、特别是通过在广西北海市海岸带建立自动观测系统对海岸带地下水位进行实际观测和开展咸淡水界面室内模拟实验，考察淡水水头和咸水水头的变化，特别是淡水带淡水水头在垂向上的变化特征，（1）对海岸带咸淡水界面位置与咸水水头和淡水水头的关系进行理论分析和数学推导，提出了海岸带地下淡水流动存在垂向流速分量时的咸淡水界面位置的确定方法；（2）提出了海岸带承压含水层在水平和倾斜隔水顶、底板及补给区有入渗的情况下，依赖于咸淡水界面位置的地下淡水向海洋的排泄量的计算方法；（3）提出了潜水含水层在不存在和存在地表均匀入渗、水平和倾斜隔水底板的情况下，依赖于咸淡水界面位置的地下淡水向海洋的排泄量的计算方法；（4）提出了海岸带承压含水层在水平和倾斜隔水顶、底板的情况下，咸淡水界面向内陆延伸距离的确定方法；（5）提出了潜水含水层在不存在和存在地表均匀入渗、水平和倾斜隔水底板的情况下，咸淡水界面向内陆延伸距离的确定方法；（6）在分析和总结潮汐效应地下水位变化特征的基础上，提出了利用一个观测孔、两个观测孔的潮汐效应地下水位变化资料确定含水层参数的方法；（7）利用海岸带地下水一维非稳定流数学模型对岸边地下水位变化进行数值模拟研究。本项目在考虑淡水带存在垂向流速分量的情况下，推导出确定咸淡水界面位置的计算公式，其物理含义明确，更加符合实际。所提出的考虑咸淡水界面位置的海岸带地下淡水排泄量、咸淡水界面向内陆延伸距离的计算方法以及利用潮汐效应水位观测数据估算含水层参数的方法，简便易行。研究成果揭示了海岸带水动力场中水文过程的能量分布和传输特征，丰富了海岸带地下水动力学理论，特别是发展和丰富了经典的咸淡水界面位置理论，对于防治海水入侵、有效合理开发利用和保护海岸带地下淡水资源也具有重要的意义。