[发明专利]海岸带地下淡水向海洋的排泄量计算方法

说明书

本发明公开了海岸带潜水含水层和承压含水层地下淡水向海洋的排泄量计算方法。对于地表不存在均匀入渗的海岸带潜水含水层，如果已知其渗透系数K以及咸淡水密度，可以利用岸边一观测孔的潜水位h_L或界面深度m_L和其与海岸的距离L来计算地下淡水的排泄量。当地表存在均匀入渗时，如果已知入渗强度w，可以利用岸边距离L处一观测孔的潜水位h_L或界面深度m_L和其与海岸的距离L来计算地下淡水的排泄量。对于海岸带承压含水层，如果已知其顶板距海平面的深度D，可以利用岸边一观测孔的水头H_L或界面深度M_L和其与海岸的距离L计算地下淡水的排泄量。上述情形中，如果已知海岸线处的界面深度m₀或M₀，也可以计算地下淡水的排泄量。

1.技术领域

本发明涉及海岸带地下淡水向海洋的排泄量的计算方法，可以用来研究海岸带地下水的水动力特征、开展滨海含水层地下水资源评价和分析海岸带地下水环境的演变和保护，属于海岸带地下水动力学技术领域。

2.背景技术

海洋面积占陆地面积大约2/3。陆地上有漫长的海岸线，在许多滨海地区分布有地下含水层，在天然条件下地下水向海里排泄。滨海含水层地下淡水资源是沿海地区重要的供水水源，成为当地开发利用的主要对象。由于沿海地区经济发展迅速和人口增加较快，地下淡水开采量日益增加。开采滨海含水层地下淡水资源会受到海水入侵的威胁，海水入侵是海岸带困惑人们的主要环境地质问题。海岸带淡水与咸水之间的关系、地下水向海洋的排泄量和海水入侵等问题，受到国内外各界的关注和学者们的重视和深入研究。

一般的陆地含水层，无论是潜水含水层还是承压含水层，地下水的径流量或者是地下水向河流的排泄量，主要受到上下游水头差(或水力梯度)和含水层的渗透性控制，可以利用已有的潜水含水层和承压含水层地下水流量计算公式(薛禹群等，2010；陈崇希，2011)来方便地进行计算。

在滨海含水层中地下水总是向着海洋排泄，海洋成为接受陆地含水层淡水的场所。由于存在咸淡水突变界面或过渡带，地下淡水向海里的排泄量不仅受控于含水层渗透性和水力梯度，也与咸淡水突变界面的位置或过渡带空间分布有关。海岸带地下淡水向海里的排泄量的计算方法有其特殊性。描述地下淡水向海里的排泄量的计算公式应该出现描述咸淡水突变界面位置的内容，例如淡水和咸水的密度等。应用淡咸水突变界面模型或过渡带模型来也可以定量研究海岸带地下水的流动，对于含水层结构简单的稳定流模型可以采用解析法求解，而对于复杂条件下的非稳定流模型则主要采用数值法求解。

3.发明内容

本发明公开了海岸带潜水含水层和承压含水层地下淡水向海里的排泄量的计算方法。

在天然条件下，海岸带地下淡水的水头通常高于平均海平面，地下淡水向海里排泄。地下淡水的排泄量除了受控于含水层的渗透性和水头差等因素外，还受到咸淡水界面位置的影响。

(1)潜水含水层

在滨海均质各向同性潜水含水层中，假设地下淡水呈稳定流动并向海里排泄，地表存在均匀入渗，入渗强度为w。在距海岸的距离为L处有一观测孔(图1)，已知其潜水位为h_L，欲求地下淡水稳定流动的排泄量和咸淡水界面的位置。图1为一个垂直于海岸线的剖面图，选取平均海平面为横座标，海岸线处为原点，向内陆方向为正，所有水位以平均海平面为基准面。假设地下淡水流动满足裘布依(Dupuit)假设(即地下水基本上是水平流动或不存在垂向流速分量)，对于距海岸的任意距离x处的地下淡水过水断面(近似为垂直断面)，根据水流连续性原理和达西定律，从x＝0处的断面流向海里的地下淡水单宽流量q₀为：