某人工珊瑚礁岛淡水潜水面形成过程研究

论文摘要

在远离大陆的珊瑚礁岛上,来自于降雨入渗的淡水在地下内渗海水之上能够形成形似透镜的、薄且漂浮在内渗海水之上的淡水体,这部分淡水资源被形象地称为淡水透镜体。珊瑚岛的淡水透镜体的形成主要受珊瑚岛自身的地质条件和自然的降雨-蒸发条件影响,本文以某人工珊瑚礁岛为研究对象,从地质条件和降雨补给量两个方面,基于现有的理论,估测了该珊瑚礁岛淡水透镜体可能延展到的范围及形态,并对其近地表层非饱和带潜水面的形成过程进行了探究,为进一步研究淡水透镜体奠定了基础。从地质条件出发,依据对该岛的多条测线的地质钻孔岩芯进行大量的分层筛分实验,获取了该岛地层的粒度变化规律,并将该岛礁灰岩以上松散层主要划分为近地表层和原礁坪层,进一步对分层取样后不同原始级配的钙质砂进行室内渗透实验,得到了该岛大致的地层渗透性分布特征,综合分析粒度分布和渗透性分布,以上部松散层粗-细变化界面和礁灰岩的顶界面为判断淡水体扩展范围的关键界线,估测了该岛所能形成淡水透镜体的大致边界及形态特征。主要结论如下:该岛礁灰岩顶界横向总体上南西边缘较浅,北东边缘较深,中间次之,即横向上由南向北逐渐变深。该岛轴向剖面上渗透系数普遍较小,海平面以上近地表层渗透性水平差异小,原礁坪松散层北部渗透性相对较强,中部和西南部渗透性弱,西南部渗透性最弱。总体上淡水透镜体在轴向上将出现中部最厚、西南部较厚、东北部较薄的特征,其过渡带在东北部扩展较宽,西南部扩展较窄。从降雨入渗补给方面研究,以珊瑚岛海平面以上非饱和带作为研究对象,基于非饱和渗流理论,推导了降雨入渗及蒸发的理论模型,并通过室内实验获取了非饱和渗流模型的主要参数:土-水特征曲线及非饱和导水率。其中,通过压力板仪实验,获得了三种特征级配钙质砂的基质吸力与体积含水率的散点数据,并用不同的经典理论模型进行了土-水特征曲线的拟合;接着根据Childs&CollisGeroge理论公式,利用土-水特征曲线结果进行了非饱和导水率的预测,并基于瞬态剖面法原理,自行设计了一套室内实验装置,进行非饱和导水率的室内测定,对两种方法的计算结果进行对比分析。结论如下:用Fredlund&Xing、钟方杰、Van Genuchten模型拟合土-水特征曲线,其中Fredlund&Xing、钟方杰公式对三种级配的砂土都有较好的拟合效果,Van Genuchten模型不适用于砾砂的实验数据拟合;实验测得的非饱和导水率值的变化趋势与预测值相同,但量级上比理论预测值要偏大,这一结果与前人的研究成果相吻合。基于现场实测的降雨、蒸发数据和实验得到的渗流模型参数,利用SEEP软件进行非饱和入渗-蒸发的数值模拟,得到了在当前的降雨蒸发条件下的该珊瑚岛单位面积上的年实际入渗补给量约为1072mm,根据水量平衡原理,即降雨入渗补给量等于岛礁自身排水量,估算得到所研究的珊瑚岛海平面以上最大潜水位的高度约为1.84m。通过Ghyben-Herzberg理论计算出淡水透镜体的范围,发现该值已经超出了地层信息所揭示的淡水透镜体的下界,分析其原因为理论值理想化了淡咸水交界面为突变界面,这显然与实际不相符,也指明了进一步对淡水透镜体的研究应该着重于对淡咸水过渡带的研究。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 目前存在的问题
•   1.4 研究内容与技术路线
• 2 岛礁地质与气象条件研究
•   2.1 地层粒度变化特征
•   2.2 岛礁土层密实度的确定
•   2.3 气象特征
•   2.4 小结
• 3 基于渗透性分层的淡水透镜体形态分析
•   3.1 岛礁地层渗透性测试
•   3.2 渗透性分布特征及对透镜体形态的影响
•   3.3 小结
• 4 人工珊瑚礁岛表层非饱和带研究
•   4.1 人工珊瑚礁岛上部非饱和带渗流模型
•   4.2 人工珊瑚礁岛非饱和渗流参数获取
•   4.3 小结
• 5 潜水面最大上升高度的估算
•   5.1 非饱和入渗补给的数值模拟
•   5.2 稳定的最大潜水面高度
•   5.3 基于Ghyben-Herzberg模型的淡水透镜体范围预测
•   5.4 小结
• 6 结论
•   6.1 主要结论
•   6.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱旭

导师: 鞠远江

关键词: 珊瑚岛,淡水透镜体,非饱和,潜水面

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,水利水电工程,水利水电工程

单位: 中国矿业大学

分类号: TV223;P642.22

总页数: 98

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