滨海水动力条件对海水入侵影响的机理分析及不确定评估研究

Hydrodynamic forces intensify freshwater-saltwater mixing in coastal aquifer, resulting in an enlarged mixing zone. However, the mechanism leading to this phenomennon remains unknown. This research project is designed to investigate the influence of hydrodynamic forces on freshwater-saltwater mixing zone, focussing on the fluctuation of freshwater head and tide. The uncertainty with the mixing zone prediction with regard to the variations of the freshwater head will be examined interacting with tidal forces. The results will provide a theoretical and technical support to prediction of seawater intrusion. There are three novelties in this research. Firstly, phenolphthalein will be applied to visualize and characterize the mixing zone and its movements in salt water intrusion experiments. Secondly, the role of hydrodynamic forces in controlling freshwater-saltwater mixing in coastal aquifers will be studied. Thirdly, The uncertainty of boundary conditions will be incorporated in uncertainty assessment of predicted freshwater-saltwater mixing zone. This project will contribute significantly to advancing seawater intrusion research, as well as the management of coastal aquifer and environment protection.

滨海水动力条件加剧了含水层的咸淡水掺混作用，扩大了咸淡水混合面积，而已有研究对这一现象的影响机理还没有统一的结论。本项目拟通过物理模型实验，分析地下水位波动和潮汐等滨海水动力条件对含水层咸淡水混合带的影响机理，考虑地下水位和潮汐波动的混合作用，评估地下水位的不确定性对海水入侵混合带模拟预测结果的影响，为准确模拟和预测海水入侵混合带的形成过程和发展动态提供理论依据和技术支持。项目的创新点包括：引入酚酞示踪方法，描述混合带的形成和发展过程；明确滨海含水层水动力条件对混合带的影响机理；评估边界水动力条件的不确定性对混合带模拟预测结果的影响。项目的成功实施，将促进海水入侵理论研究的进展，对滨海含水层地下水资源管理和环境保护具有重要意义。

滨海水动力条件下海水入侵机理尚不明确，而对海水入侵模拟预测的不确定评估相关研究也刚起步。本课题紧密结合海岸带河口研究前沿，通过室内物理模型实验和数值模拟手段，研究滨海水动力条件下海水入侵混合带入侵机理，并针对海水入侵数值特点，提出不确定评估方法。研究发现：.(1) 潮汐水动力作用对海水入侵距离具有明显的回退作用，但潮汐振幅差别对其影响并不明显；内陆流量边界条件下，海平面上升对海水入侵作用并不明显；地下水位季节波动引起海水入侵咸淡水交界面周期性波动，可以导致海陆交界面较为频繁的物质交换；在含水层海水入侵预测分析时须要考虑抽水及其年际变化的影响。.(2) 内陆流量边界条件下，含水层的渗透特性是影响海水入侵的关键因素之一，但在内陆水位边界条件下其影响不再明显，此时内陆水头是影响海水入侵距离的关键因素。滨海水动力条件对海水入侵结果的影响权重较大，其中抽水作用的影响尤为显著，而忽略潮汐作用影响可能导致过高预测海水入侵距离。.(3) 潮汐作用下海岸坡度对海水入侵具有显著影响，坡度越大，形成上盐水羽越大，压迫淡水出溢管变窄，同时进一步回退下盐水楔。.(4) 不同边界控制条件下，混合带入侵距离和混合带宽度对土壤特性参数的敏感性具有明显差异，其中流量边界条件下混合带入侵距离最敏感因素为渗透系数，而水头边界条件下渗透系数作用并不明显，内陆水头为入侵距离最敏感因素；流量边界条件下，混合带宽度最敏感因素包括渗透系数和横向弥散度，而水头边界条件下渗透系数对混合带宽度影响不再明显，混合带宽度最敏感因素为横向弥散度。.相关研究成果，进一步推进了海水入侵机理和不确定研究，对滨海地区海水入侵防治及地下水资源管理具有重要的指导意义。