通过潮汐效应确定延伸到海底的承压含水层顶板长度

延伸到海底的承压含水层顶板长度是影响海水入侵淡含水层的重要条件之一。陆地区承压水头的潮汐动态提供了有关顶板长度的信息。本文在Jocob和Van der Kamp等人的工作基础上,建立了滨海地区承压水头天然潮汐动态的数学模型,从地下水流的连续性原理出发,求出承压水头动态的一般公式,并以此公式为理论依据,首次提出直接和用承压水头的天然潮汐动态确定延伸到海底的承压含水层顶板长度,文中给出了该方法的应用实例。     

用地下水潮汐效应确定潜水含水层水文地质参数

目前对潜水含水层地下水潮汐效应和水文地质参数求解方法的研究相对较少.通过对福建古雷半岛滨海潜水含水层地下水潮汐效应和海水潮汐动态的观测, 运用Fourier频谱分析方法确定了研究区海水潮汐波动方程(波动特征参数), 并以此作为地下水的边界条件, 推导了潜水含水层地下水潮汐效应的波动方程, 利用最小二乘法以地下水水位波动观测值为目标函数对潜水含水层的渗透系数与重力给水度的比值进行了反演识别, 为类似地区水文地质参数的确定提供了借鉴, 也为该区后续地下水中溶质迁移规律的研究奠定了基础.      

华北平原地下水水位微动态变化周期特征分析

地下水位动态变化是外界影响因素的反映,微观动态也受到外界长期周期性影响。根据在华北平原设置的自动监测设备监测的高频率水位资料,利用频谱分析方法分析了地下水位微观动态,确定了周期变化特征。与天体潮汐所体现出的周期特征对比,说明华北平原(北京除外)大多数观测孔都受到天体潮汐作用的周期影响:其中沿海的部分浅层含水层地下水与海潮潮汐作用有关,个别观测孔受蒸散发作用影响体现出日变化;内陆大多数深层观测孔和个别浅层观测孔微动态受固体潮汐作用影响,反映了不同地区的含水层以及岩性特征。     

利用观测孔中地下水位潮汐效应计算天津滨海新区含水层参数

在沿海地区,尤其是围海造陆工程形成的陆域地区地下水水位受潮汐影响较大,使传统水文地质试验求取含水层参数存在较大误差。因此通过合理概化地下水在潮汐作用下运动规律,建立数学模型,推导解析公式求取沿海含水层参数具有重要意义。分析天津滨海新区两处观测孔地下水位及潮汐波动特征,在滞后时间不明显的情况下,利用观测孔水位变幅数据计算了含水层水头扩散系数,并根据承压含水层储水系数经验值进一步获得含水层渗透系数。通过两个观测孔分别计算,对比计算结果互相验证发现,该方法取得了令人满意的结果。利用地下水潮汐效应计算含水层参数可以广泛应用于沿海地区水文地质工作中。     

承压水潮汐荷载效应研究进展

地下水潮汐效应是滨海地区水文地质研究的一个重要方面,潮汐荷载效应是承压水潮汐效应的动力学机制之一。介绍了国内外潮汐荷载效应的研究进程,系统地总结了解析法和数值法在潮汐荷载效应研究中的应用及取得的成果。解析法是潮汐荷载效应研究的主要方法,该方法多通过荷载系数来刻画潮汐荷载效应,能够较清晰、准确地揭示复杂含水层结构、多种影响因素、复杂边界条件下的地下水潮汐效应规律;数值法主要通过三种方法(现有地下水水流数值模型改进法、荷载系数法和半数值法)来实现对潮汐荷载效应的研究。在现有潮汐荷载效应研究中,上述两种方法都很少考虑应力和孔隙渗流的耦合。程序化、高效化和可视化使得数值法仍应作为滨海区复杂水文地质条件下地下水动态的主要研究方法。为此,通用的地下水数值模拟代码(MODFLOW)需要改进,使之能够实现对潮汐荷载效应的刻画。另外,承压水作为滨海区(如:大陆岛)重要的淡水资源,人为开采是地下水动态的主要影响因素之一,滨海区地下水动态研究应综合考虑人为因素和潮汐荷载效应的共同作用。     

华北平原地下水位微动态变化周期特征分析

地下水位动态变化是外界影响因素的反映,微观动态也受到外界长期周期性影响。根据在华北平原设置的自动监测设备监测的高频率水位资料,利用频谱分析方法分析了地下水位微观动态,确定了周期变化特征。与天体潮汐所体现出的周期特征对比,说明华北平原(北京除外)大多数观测孔都受到天体潮汐作用的周期影响:其中沿海的部分浅层含水层地下水与海潮潮汐作用有关,个别观测孔受蒸散发作用影响体现出日变化;内陆大多数深层观测孔和个别浅层观测孔微动态受固体潮汐作用影响,反映了不同地区的含水层以及岩性特征。     

基于StarFix XP高程数据的潮汐校正在海洋地震资料中的应用

海洋地震勘探中,潮汐对地震资料的质量影响较大,潮汐严重时会严重影响地震资料成像效果。获取海洋地震勘探的准确潮汐值并进行潮汐校正是海洋地震资料处理中重要的一个环节。在潮汐值的获取上,以前利用水深求取潮汐值或者利用水文站的历史潮汐数据预测潮汐值,但这两种方法取得的潮汐值精度较低。在中国南海某工区进行的三维地震资料采集和处理中,通过对StarFix XP定位系统提供的实时测量高程数据,进行高程转换、信号处理求出地震资料采集过程中实时的潮汐值,并利用该潮汐数据在Echos地震资料处理系统下,开发了潮汐处理模块对地震资料进行潮汐校正处理,经过实时潮汐校正处理后,地震资料的质量改善明显,地震资料的浅层分辨率和信噪比得到显著提高,同时减轻了"采集脚印"的影响,提高了资料的成像效果。     

连续重力观测站测定的中国大陆潮汐因子空间分布特征

潮汐变化空间分布可用于地球不同位置受外力响应及地球形状、地表变形的相关研究.受观测技术、仪器数量和观测精度等制约,中国大陆重力潮汐观测直到21世纪初才得到较大改善和发展.利用2015-2017年中国大陆运行较好的51个重力站潮汐观测数据,采用国际标准潮汐处理方法和软件,分析计算了中国大陆主要潮波潮汐因子的空间分布,同时,结合1′×1′的全球地形模型(ETOPO1)和全球重力场模型(WGM2012)讨论了中国大陆东西和南北向2个潮汐剖面的构造物理特征.研究结果表明:①90％以上重力站M2波潮汐因子中误差优于0.001,这已和20世纪80～90年代的超导重力仪的观测精度相当;沿海台站的O1和K1波潮汐因子大于其他地区,经Nao99b和Nao99jb海潮模型检验认为是海潮负荷引起的.②沿狮泉河—玉树—松潘—黄梅—上海佘山的东西向M2波潮汐剖面显示,当海拔高程差异超过4500m、布格重力异常差异600×10-5m/s2时,重力站间M2波潮汐因子差异可达2％,且和高程呈正相关特征.③沿孟连—西昌—银川—乌加河的南北向M2波潮汐剖面站间潮汐因子差异为1.0％～1.5％.④重力站潮汐因子和高程的相关性分析表明,内陆站M2、O1波相关系数超过40％具有正相关特征.上述结果可为中国大陆地壳结构横向不均匀性和动力变形响应研究提供参考.     

基于三维数值分析的基坑突涌临界水头确定方法

针对既有基坑突涌稳定分析方法存在的问题,采用应变相关修正剑桥模型（SDMCC）,借助FLAC3D软件建立了考虑承压水作用的三维有限差分模型,得到了坑底隆起变形与承压水头Hw之间的关系。随着承压水头的增大,坑底隆起变形分为3个阶段：缓慢匀速变形、加速变形和急剧匀速变形。提出一种确定基坑突涌临界水头Hwcr的数值方法,并将该方法与其他文献临界水头计算结果进行对比。     

鄂尔多斯盆地北部铀矿区砂岩型铀矿地浸水文地质条件初步分析评价

本文对鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿的水文地质条件、含矿含水层的岩性、水文地质结构、水动力条件、水文地球化学特征进行了系统分析和评价,认为地浸水文地质条件良好,可满足地浸采矿要求。针对该地区承压水头小、涌水量偏低的实际情况,结合抽注水连通试验涌水量显著增大的试验结果,提出了加压注水的技术方案,以人工方法提高地下水承压水头,增大涌水量,使之满足地浸采矿要求。     

A generalized solution for groundwater head fluctuation in a tidal leaky aquifer system

A new analytical solution is developed for describing groundwater level fluctuations in a coupled leaky confined aquifer system which consists of an unconfined aquifer, confined aquifer, and an aquitard in between. The aquifer system has a tidal boundary at the seashore, a no flow boundary at remote inland side, and a confined aquifer extending under the sea and terminated with an outlet-capping. This new solution has shown to be a generalisation of most existing analytical solutions for a tidal aquifer system which includes single confined and leaky confined aquifers. In addition, the solution is used to explore the influences of the dimensionless leakance of the outlet-capping, the dimensionless hydraulic diffusivities, and the leakages of the inland and offshore aquitards on the head responses in the leaky confined aquifer.     

A data-driven approach for analyzing dynamics of tide–aquifer interaction in coastal aquifer systems

Analysis of tidal effects on aquifer systems plays an important role in coastal aquifer management owing to various hydrological, engineering and environmental problems in coastal areas. Using the real-world data of unconfined and confined aquifers, a data-driven approach is presented in this study for the analysis of tide–aquifer interaction in coastal aquifers. Six analytical tide–aquifer interaction models were selected which take into account the effects of vertical beach, sloping beach, tidal loading, aquifer leakage, outlet capping, and combined leakage and outlet capping on tide-induced groundwater fluctuations. The tide–aquifer interaction datasets were obtained from the Konan groundwater basin (unconfined aquifer) of Japan and the Dridrate groundwater basin (confined aquifer) of Morocco. The analysis of the results obtained by the sloping beach model revealed that for a given beach slope, the amplitude of groundwater level increases with an increase in aquifer diffusivity and a decrease in aquifer thickness. However, no significant effect of beach slope was observed in this study at unconfined sites for all the datasets. The influence of tidal loading was found to be considerably less for all the three confined sites. Further, the analysis of the results of the leakage model indicated that with an increase in leakage into the aquifer, the amplitude of groundwater level as well as the phase shift (time lag) decreases. Of all the confined and unconfined datasets, only two confined sites were found to be affected by outlet capping. Overall, it is concluded that the coastal beach bordering the Konan basin is not significantly sloping, the contribution of tidal loading to tide-induced groundwater fluctuations in the Dridrate aquifer is not appreciable, and that the aquifer leakage and outlet capping do not exist at the unconfined sites under investigation.     

海潮引起初始水位倾斜的滨海承压含水层地下水位 变化的数值模拟

海潮波动可以引起海岸带地下水位发生波动。建立了基于有限差分法的滨海地区一维承压含水层地下水运动数值模型。将潮汐波动概化为正弦波,模拟了滨海地区地下水位随潮汐波动的变化。通过与初始水位水平的承压含水层水位变化的比较表明,受海潮影响的滨海承压含水层地下水位与海潮有相似的波动特征,但变幅减小,受海潮的影响程度与离海岸的距离有关,随着离海岸距离的增加,地下水位的变幅及潮汐效率呈负指数函数衰减,但比前者变化程度稍缓,地下水位对海潮的滞后时间随距离呈线性增加。     

运用三维变密度潮汐效应模型确定滨海含水系统的海底等效边界——山东烟台夹河中下游地区为例

确定咸淡水界面的位置是滨海地区海水入侵研究的主要任务之一。对于天然条件承压含水层而言，含水层顶板向海底延伸的距离直接影响了咸淡水界面的位置，它可以通过承压含水层中地下水的潮汐效应信息来确定。考虑到咸淡水之间密度的差异，建立了山东省夹河中下游地区滨海含水系统地下水三维变密度潮汐效应模型。通过反复对比潮汐效应观测中的地下水水头波动与模型计算出的水头波动，确定了滨海承压含水系统的海底边界。同时，也初步估计出海区与近海陆区含水层的水文地质参数。     

大陆岛地下水动力学特征—以湛江东海岛为例

东海岛是一具有独特水文地质条件的大陆岛,浅层含水层与大陆以浅海湾相隔,中深层承压水含水层与大陆地下水系统紧密相连。为了深入地认识大陆岛地下水水动力学特征,以湛江东海岛为例,阐述了其水文地质条件,并分析了东海岛浅、中、深层地下水的流场和动态特征。分析结果表明,东海岛为一个典型且独特的大陆岛,岛内和大陆的部分浅层含水层由湛江湾相隔,岛内中、深层含水层和大陆中、深层含水层通过湛江湾相连,且具有统一的水位分布,并保持着密切的水力联系,岛内中、深层地下水由南向北径流补给湛江市区的降落漏斗中心;滨海及海水区域浅层含水层及其下伏的粘土层构成了防止海水入侵中、深层地下水的保护层;浅层地下水流场基本保持天然状态,水位动态特征主要为入渗径流型,水位变化与降雨量相关;中、深层地下水流场以人工流场为主,地下水由南向北径流,水位动态类型主要为开采动态型,水位变化主要受到开采量变化的影响;在近海岸地区,地下水动态表现为潮汐效应型,在潮汐作用下,地下水位动态具有周期性。     

利用不对称的地下水位潮汐波动确定滨海含水层参数

在滨海地区,地下水水位受潮汐波动影响较大,使得传统的抽水试验、水位回复试验等方法确定含水层参数存在困难且花费较大。通过对广西北海市滨海含水层地下水位动态资料进行分析,发现其上升段和下降段是不对称的。基于海岸带承压含水层正弦潮汐波的传播理论,提出了确定含水层参数的分段法,并与振幅衰减法和滞后时间法进行对比,各种方法求出的储水系数与导水系数之比(S/T)很接近,说明分段法是有效的。对于北海市滨海含水层,上升段求出的S/T值比下降段要大,其成因机理还有待进一步分析。     

海水入侵研究现状与展望

文中讨论了海水入侵的研究进展：海岸带海水入侵界面或过渡带的模拟，海岛地下淡水透镜体的动力学研究，井孔在界面或过渡带上部抽水所引起的升锥问题以及岸边地下水位动态研究及海平面变化对海水入侵的影响。海水入侵研究经历了从理想假定到合理概化，从室内实验模型、理想模型到数值模型这一过程。数值方法已成为模拟和求解海水入侵问题的最有力工具，海水入侵的过渡带模型成为主要的研究方向。分析了研究中存在的困难，展望了海水入侵研究的未来趋势：边界条件确定，水文地质参数选取，含水层结构估计，海水入侵输运与化学作用的耦合以及海水入侵预报。     

利用滨海地下水系统对双频潮汐的响应识别含水层压力传导系数

含水层的压力传导系数是地下水溶质运移及扩散的重要参数,通常压力传导系数由抽水试验确定,即通过抽水给地下水系统一个扰动,然后监测地下水水位的响应,进而计算压力传导系数。对滨海地区含水层来说,潮汐波动就是天然的抽(注)水试验。潮汐由不同频率的分潮构成,前两项主频潮汐基本可代表潮汐主要特征。利用地下水水位对潮汐的响应,识别含水层压力传导系数。在推导出地下水对双频潮汐响应的解析解的基础上,提出了潮汐信号衰减法识别压力传导系数,并做了敏感性分析。通过对数值解叠加高斯噪音信号进行参数估算,证明该方法估算压力传导系数具有较高的可靠性和实用性。     

Determination of the distance of the fresh water–salt water interface extending into coastal confined aquifers

In a coastal zone an understanding of the distance of the fresh water–salt water interface and its extension inland is important for prevention of sea water intrusion. In this article estimating methods are described for calculating the distance of a fresh water–salt water interface in a coastal confined aquifer based on the submarine fresh groundwater discharge. This groundwater discharge is controlled not only by the aquifer properties and hydraulic head difference, but also by the position of the fresh water–salt water interface in the coastal zone. A homogeneous and isotropic coastal confined aquifer is considered and fresh groundwater flow in the confined aquifer is thought to be at a steady state. Two observation wells at different distances in a profile perpendicular to the coastline are required in calculation of the distance of the interface toe in the coastal zone. Four coastal confined aquifers with horizontal and sloping confining beds and with varying thickness are also considered. Reasonable results are obtained when examples are used to illustrate the application of the methods. The methods require hydraulic head data at the two wells and thickness of the confined aquifers, but the hydraulic conductivity and fresh groundwater flow rate of the confined aquifers are not needed.