边坡防渗影响珊瑚岛地下淡化水体形成的实验与数值模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李英豪 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 韩冬梅 |
| 关键词 | 珊瑚岛 地下淡化水体 数值模拟 砂箱实验 永兴岛 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 随着我国生态岛屿建设的快速推进，岛屿淡水资源短缺问题日益显著。由 于珊瑚岛大多远离大陆且缺乏地表水资源，地下水作为岛礁地区重要的淡水资 源，对支撑岛上居民生活、维护岛礁生态系统意义重大。地下淡化水体的形成 对于土壤淡化和岛屿绿化起着关键作用。然而，受气候变化和人类活动影响， 珊瑚岛礁地下淡水资源及其生态环境十分脆弱。岛礁特殊的地质环境及储油库 等地下设施使得岛礁缺乏现实可行且不破坏岛礁主体稳定性的增加淡水的措施。 因此，探究如何通过人为措施干预地下淡化水体的形成、增加地下淡水储量， 对保障我国岛屿水资源安全、加速生态岛屿建设进程具有重要意义。 本研究提出了一种增加地下淡水储量的措施——在岛屿的海陆边坡处铺设 防渗材料。鉴于野外现场实验困难，采用了室内砂箱实验模拟与数值模拟相结 合的方法，对比分析地下淡化水体在有无边坡防渗措施下的形成过程；并基于 砂箱尺度的数值模型模拟评估了入渗补给强度、含水层渗透系数、边坡防渗长 度、防渗材料渗透性等要素影响下，地下淡化水体的储量变化和边坡防渗效果。 最后，结合珊瑚岛的自然概况，以永兴岛为例，建立了永兴岛三维变密度地下 水流与溶质运移模型，开展数值模拟并定量评估了野外尺度下边坡防渗措施对 地下淡水储量的影响，探讨了工程措施的现实意义。研究得到了以下认识： （1）边坡防渗通过阻碍淡水排泄，改变地下水流场，增加淡水水头的方式 增加了淡水储量，淡化水体达到稳定所需时间随之增加。在长、宽、高分别为50 cm、5 cm、35 cm 的砂箱中，边坡防渗后淡化水体最大厚度由无防渗措施下 的 13.8 cm 增加为 24.9 cm，淡水储量由原有的 152.6 cm3增加至 472.9 cm3，所需 稳定时间由 120 min 增加至 150 min。 （2）基于砂箱实验的数值模拟表明不同自然和人为因素对地下淡化水体形 态和边坡防渗效果的影响不同。降雨强度越大、砂体渗透系数越低、防渗长度 越大、防渗材料渗透性越差，边坡防渗增加淡水的效果越好。淡水储量与降雨 强度呈显著正相关关系，随含水层渗透系数增大呈对数衰减，随边坡防渗长度 增加而增大，随防渗材料渗透性增加先急速下降而趋于平缓。存在渗透系数临界值，达到临界值后，淡水储量不再发生明显变化。 （3）若在永兴岛采取边坡防渗措施，可使淡水储量明显增加。数值模拟显 示，降雨强度越大，边坡防渗增加的淡水储量越多，所需的滞后稳定时间越短。 在永兴岛海陆边坡处设置 2 m 深的防渗材料，降雨补给强度选择多年平均年降 水量（降雨强度为 2.0 mm/d），淡水储量由原有的 2.53×106 m3 增加为 3.42×106 m3，增加了 0.89×106 m3，相当于原有储量的 35.2%，所需稳定时间滞后了 4 年。 若补给强度采用多年最大年降水量（降雨强度为 3.5 mm/d），边坡防渗使地下淡 水储量增加了 1.09×106 m3，所需稳定时间滞后了 2 年。若补给强度采用多年最 少年降水量（降雨强度为 1.1 mm/d），边坡防渗使地下淡水储量增加了 0.50×106 m3，所需稳定时间滞后了 7 年。 本研究利用砂箱物理模拟实验、数值模拟结合的方式，分析了实验室尺度 和现实尺度下边坡防渗对珊瑚岛地下淡化水体形成的影响，研究结果可为我国 岛屿水资源开发利用和管理、水安全保障和生态保护提供理论支撑和实践指导。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 91 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184587]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李英豪. 边坡防渗影响珊瑚岛地下淡化水体形成的实验与数值模拟研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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