边坡防渗增加灰沙岛地下淡水的试验与数值模拟研究

• Published in: 水文地质工程地质 Vol. 50; no. 2; pp. 13 - 22
• Main Authors: 李英豪, 韩冬梅, 曹天正, 宋献方, 蔡砥柱
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049%中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京 100101 01.03.2023; 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京 100101; 中国水利水电科学研究院,北京 100038%中国地质调查局海口海洋地质调查中心,海南 海口 570100
• Subjects: 淡水透镜体; 灰沙岛; 砂箱试验; 边坡防渗; 数值模拟
• ISSN: 1000-3665
• DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204006

P641.2; 地下淡水是支撑海岛居民生活用水保障和生态岛屿建设的重要战略资源.目前海岛淡水资源十分匮乏,鉴于我国灰沙岛的现实复杂性,亟需实施低成本、易操作且对岛礁稳定性及生态系统影响较小的增加地下淡水的措施.本研究提出了采用在海陆边坡处铺设防渗材料人为干预地下淡水体形成、增加淡水储量的措施,并通过砂箱试验和数值模拟相结合的方法在实验室尺度下分析了边坡防渗对灰沙岛淡水透镜体形成的影响,评估了不同因素在边坡防渗条件下增加地下淡水储量的效果,并以永兴岛为例定量评估了边坡防渗对地下淡水储量的影响.研究表明,边坡防渗通过改变地下水流场、增加淡水水头的方式增加了淡水储量.淡水体所需的稳定时间随之增加.在长、宽、高分别为50,5,35 cm的砂箱中,在35°的边坡处铺设14 cm长的隔水材料,淡水透镜体达到稳定后最大厚度由原有的13.7 cm增加至24.9 cm,淡水储量由561.8 cm3增加至1592.3 cm3,所需稳定时间由120 min增加至150 min.增加的淡水储量随降雨强度增加、砂体渗透系数减小、边坡防渗深度增加、防渗材料渗透系数减小而增加.若在永兴岛海陆边坡铺设2 m深的隔水材料,在未来30 a,淡水储量将由天然状态的3.4×106 m3增加至4.4×106 m3,增加原有储量的1/4.研究可为我国岛屿地下淡水科学管理、水资源安全保障提供理论支撑和实践指导.