边坡防渗增加灰沙岛地下淡水的试验与数值模拟研究

地下淡水是支撑海岛居民生活用水保障和生态岛屿建设的重要战略资源。目前海岛淡水资源十分匮乏,鉴于我国灰沙岛的现实复杂性,亟需实施低成本、易操作且对岛礁稳定性及生态系统影响较小的增加地下淡水的措施。本研究提出了采用在海陆边坡处铺设防渗材料人为干预地下淡水体形成、增加淡水储量的措施,并通过砂箱试验和数值模拟相结合的方法在实验室尺度下分析了边坡防渗对灰沙岛淡水透镜体形成的影响,评估了不同因素在边坡防渗条件下增加地下淡水储量的效果,并以永兴岛为例定量评估了边坡防渗对地下淡水储量的影响。研究表明,边坡防渗通过改变地下水流场、增加淡水水头的方式增加了淡水储量。淡水体所需的稳定时间随之增加。在长、宽、高分别为50,5,35 cm的砂箱中,在35°的边坡处铺设14 cm长的隔水材料,淡水透镜体达到稳定后最大厚度由原有的13.7 cm增加至24.9 cm,淡水储量由561.8 cm^(3)增加至1 592.3 cm^(3),所需稳定时间由120 min增加至150 min。增加的淡水储量随降雨强度增加、砂体渗透系数减小、边坡防渗深度增加、防渗材料渗透系数减小而增加。若在永兴岛海陆边坡铺设2 m深的隔水材料,在未来30 a,淡水储量将由天然状态的3.4×10^(6) m^(3)增加至4.4×10^(6) m^(3),增加原有储量的1/4。研究可为我国岛屿地下淡水科学管理、水资源安全保障提供理论支撑和实践指导。

南海诸岛灰沙岛淡水透镜体研究述评

南海诸岛部分珊瑚礁上发育有灰沙岛,这些灰沙岛的面积多较小,其中一些灰沙岛地下形成淡水透镜体。以西沙群岛永兴岛为例,介绍了已有的永兴岛地下淡水透镜体的研究成果,包括灰沙岛淡水透镜体的形成和发育,其与地质、地形、气候和植被等因素的关系,以及淡水透镜体开发利用等问题,并提出进一步研究和管理的建议。

西沙群岛永兴岛地貌与现代沉积特征

通过对永兴灰沙岛的地貌考察和沉积物采样分析，认为永兴岛砂屑沉积物为现代环境的产物，指出了灰沙岛不同地貌单元沉积物的粒度和生物组分的特征；生物组分的分布还与其粒径大小有十分紧密的关系；同一粒级同一类型的生物屑的颗粒百分含量与重量百分含量之间存在比较密切的线性正相关关系；永兴岛西北部的沉积动力条件较东南部的强，并陆续向东南方扩大。

南沙群岛珊瑚礁自然特征

南沙群岛呈现典型的热带珊瑚礁群岛的景观。自第三纪中期以来，这里处于热带海洋气候条件下，热带海洋生物群生，造礁生物建造了珊瑚礁。全新世中期海面上涨至最高以来，礁坪亦到达目前位置，同时风浪不断将生物砾砂屑抛掷在礁顶上，堆积成灰沙岛．在常年基本处于恒温和恒雨量的条件下，岛屿沙土逐渐脱盐，外来植物登岛发芽、扎根，长成热带常绿乔灌林。在植物与岛栖海鸟行为条件下发育了热带磷质石灰土壤。建议南沙群岛的自然区划以６°～７°Ｎ为界，南沙群岛的北部和中部属早热带，南沙群岛的南部属赤道热带。

南海诸岛珊瑚礁新构造运动的特征

南海诸岛珊瑚礁区新构造运动类型和特征：（１）断裂多为正断层，形成小型断堑和断陷盆地，造成埋藏礁；（２）第四纪海底火山活跃，但已熄灭，部分火山构成珊瑚礁的基座，个别出露海面为火山岛；（３）地震活动微弱；（４）地壳自晚渐新世晚期以来长期呈下降趋势，但下降率很小，平均约为０．１ｍｍ／ａ。本区造礁石珊瑚生长率、礁顶和灰沙岛的堆积率均相当于或大于地壳下降率与现代海平面上升率的总和，新构造运动微弱，地壳稳定性较好，今后南海诸岛的干出礁和灰沙岛将有增无减，利于岛礁工程建设。

南沙群岛珊瑚礁砾洲地貌特征

通过对南沙群岛永暑礁、西门礁和安达礁 3 个砾洲的现场调查,基于理论最低潮面和平均海面分别计算了砾洲的可能分布范围和平均出露范围,获得了砾洲的地形地貌特征。 3 个砾洲均为向西北凸出的弧形,呈北东-南西向展布。永暑礁和西门礁砾洲周边地势较高,中部相对低洼,分布有多条砾脊,边缘向海侧主砾脊高度最大,内部多条较低的次砾脊相交于主砾脊并汇聚于砾洲东部;安达礁砾洲则中部凸起地势较高,周边较低,无多重砾脊分布。推断砾洲的发育由最初珊瑚枝块堆积于中部形成凸起,逐渐向北东和南西两侧以砾脊形式扩展,最终形成砾洲由内向外的洼地-砾脊-砾滩的地貌分带模式。砾洲的地形地貌特征表明,南沙群岛砾洲的发育主要受北东-南西向水动力条件季节性交替的控制,反映了南海海区盛行季风的影响。南沙群岛珊瑚礁砾洲的地貌特征为深入研究南海珊瑚礁灰沙岛地貌发育演化及动力机制提供了基础数据。