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浮在咸水上的地下水层 来自维基百科,自由的百科全书
在水文学中,所谓的淡水透镜体(freshwater lens),或所谓的盖本-赫兹堡透镜体(Ghyben-Herzberg lens),指的是浮在密度较高的咸水上的淡水地下水。这样的水体通常可见于小型珊瑚礁岛或石灰岩岛上。这样的含水层通常可透过从顶层土壤入渗、向下渗流到饱和层的雨水获得补充,而透镜体的补充率可透过以下公式得出:
在其中,指的是以公尺表示的补充率,是以公尺表示的降水量;而则是以公尺表示的蒸散量。在补充率高的状况下,透镜体的水头较厚,而一个较厚的透镜体在干季中可维持自身存在;此外,较低的降雨量或较高的蒸散量,会减少水头厚度,进而产生较薄的透镜体。[1]
一个估计透镜体厚度的代数模型,由Bailey等人于2008年借由地下水模拟得出。这等式将透镜体厚度与岛屿几何形状、地质结构、补充率等地质跟气候因素做出连结。[1]以下为该等式:
其中为透镜体最大深度、为年补充率(单位为公尺)、与为由岛屿宽度决定的参数、为Thurber不连续面(上层含水层与下层含水层的分界)的深度、为上层含水层的水力传导度、为礁板块限制参数,而则为一个取决于长期降水模式的时间参数,其取决于区域、天气模式等各种因素。
许多环礁及与圆形小岛的淡水透镜体,其形态可以巴敦·盖本-赫兹堡透镜体(Badon Ghyben-Herzberg lens)描述。[2]而其关系式由以下公式给出:
其中为透镜体在海平面下的深度、为淡水含水层密度、为咸水密度,而则为透镜体在海平面上的厚度。
淡水透镜体的补充,仰赖其地下水含水层所得到的降雨量,且其厚度在干旱或者豪雨后可出现剧烈变化。美国地质调查局在1997/1998年马绍尔群岛干旱后做出的一篇报告指出,当地透镜体的厚度在干旱后显著减小。[3]在水库因集水区连续数月的降雨不足而枯竭后,岛民抽取地下水的量增加,在干旱期间,岛民的饮用水有90%来自地下水。
为了测量含水层的水枯竭的状况,人们在11处地方凿了36口监测用并组成一个网路井。在1998年干旱结束时,在一些水井中量得的淡水透镜体的最大厚度大约为45英尺,而在其中一口井中测到的最小厚度为十八英尺。在之后的雨季中,一些透镜体的厚度增量达到八英尺,这表示说在环礁跟小岛上,淡水透镜体会因地下水抽取跟降雨补充而快速发生改变。
许多有淡水透镜体的环礁,其海拔只有数公尺高,而这使得这些岛屿容易受到海平面上升的影响;然而,可以认为,对这些小岛更具压力的问题是海水倒灌对淡水含水层的侵扰。由于越来越多的饮用水盐度增加之故,这些小岛的岛民的水资源可能会大幅减少,而较小的岛屿在海水倒灌方面,有远远更大的风险,而这是因为淡水透镜体厚度与岛屿大小间呈现非线性关系之故。[4]
海平面上升40公分就足以对淡水透镜体的形状及厚度造成剧烈影响,在这种状况下,淡水透镜体体积减幅可达50%,且这会导致汽水区的生成。在透镜体的厚度因干旱或海水倒灌而缩减时,咸水水舌会出现在淡水含水层底下,而即使有一整年的地下水补充,咸水水舌也未必会完全消失。海平面上升会因暴风涌浪生成的泻湖增加之故,而对淡水透镜体导致长久且可能无法修补的伤害,而这会使得很多岛屿因为失去饮用水资源之故而变得不宜居住。[5]
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