Линза (гидрология)

Линза пресной воды на острове.

В гидрология , А объектив , называемый также пресноводные линзами или Ghyben-Герцберг линзой , представляет собой выпуклый-образный слой свежих грунтовых вод , которое плавает над более плотной соленой водой, как правило , находятся на небольшом коралле или известняк островах и атоллах. Этот водоносный горизонт пресной воды пополняется за счет осадков, которые проникают в верхний слой почвы и просачиваются вниз, пока не достигнут насыщенной зоны. Скорость перезарядки линзы можно описать следующим уравнением:

R = P - ET

Где R - скорость пополнения в метрах, p - осадки (м), а ЕТ - эвапотранспирация (м) воды. При большем количестве перезарядки гидравлический напор увеличивается, и толстая линза пресной воды сохраняется в сухой сезон. Более низкая норма осадков или более высокая скорость улавливания и эвапотранспирации уменьшат гидравлический напор, что приведет к уменьшению толщины линзы. ^[1]

Модели линз для пресной воды [ править ]

Алгебраическая модель [ править ]

Алгебраическая модель для оценки толщины линзы пресной воды была разработана с использованием моделирования подземных вод Бейли и др. 2008. Это уравнение связывает толщину линзы с геологическими и климатическими факторами, такими как геометрия острова, геологический состав и скорость восстановления, среди прочего. ^[1] Уравнение кратко излагается ниже:

{\ displaystyle Z_ {max} = {\ frac {Y + (Z_ {td} -Y) R} {B + R}} \ cdot KCT_ {r, s, w, y, m}}

Где = максимальная глубина линзы, = годовой темп пополнения счета , и = параметры в зависимости от ширины острова, = глубина Thurber Неоднородности (переход между верхними и нижними водоносными пластами), = гидравлической проводимостью верхнего водоносного горизонта, = ограничивающей параметр рифовой плиты и = параметр времени, отображающий долгосрочные модели осадков с нижними индексами, представляющими различные аспекты, такие как регион, погодные условия и т. д. ${\ displaystyle Z_ {max}}$ ${\ displaystyle R}$ ${\ Displaystyle (м)}$ ${\ displaystyle Y}$ ${\ displaystyle B}$ ${\ displaystyle Z_ {td}}$ ${\ displaystyle K}$ ${\ displaystyle C}$ ${\ displaystyle T}$

Классический объектив Бадона Гибена-Герцберга [ править ]

Многие пресноводные водоносные горизонты на атоллах и небольших округлых островах имеют форму линзы Бадон- Гибен-Херцберг . ^[2] Эта взаимосвязь описана в уравнении ниже:

{\ displaystyle H = h \ cdot {\ frac {P_ {f}} {P_ {s} -P_ {f}}}}

Где H = глубина линзы ниже уровня моря, = плотность пресноводного водоносного горизонта, = плотность соленой воды и = толщина линзы над уровнем моря. ${\ displaystyle P_ {f}}$ ${\ Displaystyle P_ {s}}$ ${\ displaystyle h}$

Последствия засухи [ править ]

Линзы пресной воды зависят от сезонных осадков для подпитки подземного водоносного горизонта и могут резко измениться по толщине после засухи или сильных дождей. В отчете USGS после засухи 1997/1998 на Маршалловых островах было зафиксировано заметное уменьшение толщины линзы. ^[3] После того, как водохранилища общественной системы сбора дождевых осадков были быстро истощены после нескольких месяцев недостаточного количества осадков, население острова начало увеличивать скорость откачки грунтовых вод до такой степени, что грунтовые воды обеспечивали до 90% питьевой воды острова во время засуха.

Сеть из 36 мониторинговых скважин на 11 участках была установлена вокруг острова для измерения количества воды, истощенной из водоносного горизонта. К концу засухи в июне 1998 года максимальная толщина линзы пресной воды в некоторых колодцах составляла около 45 футов, в то время как на одном участке толщина была всего 18 футов. После возобновления сезона дождей толщина линзы увеличилась до 8 футов в некоторых областях, что указывает на то, что скорость пополнения линз пресной воды на атоллах и малых островах быстро реагирует на изменения в осадках и скорости откачки грунтовых вод.

Последствия повышения уровня моря [ править ]

Многие атоллы, поддерживающие линзы пресной воды, находятся всего в нескольких метрах над уровнем моря и поэтому находятся под угрозой затопления из-за повышения уровня моря . Однако, возможно, более серьезной проблемой, стоящей перед этими небольшими островами, является вторжение соленой воды в пресноводный водоносный горизонт. Поскольку все больше и больше питьевых подземных вод засолены, население этих островов может столкнуться с существенным сокращением имеющихся водных ресурсов. Более мелкие острова подвергаются гораздо большему риску обширного вторжения соленой воды из-за нелинейной зависимости между шириной острова и толщиной линзы пресной воды. ^[4]

Повышение уровня моря на 40 см может резко повлиять на форму и толщину линзы пресной воды, уменьшая ее размер до 50% и способствуя образованию солоноватоводных зон. Солевые шлейфы могут образовываться на дне пресноводного водоносного горизонта, когда толщина линзы снижается из-за засухи и проникновения соленой воды. Даже после полного года пополнения запасов грунтовых вод солевой шлейф может не исчезнуть полностью. Повышение уровня моря, вероятно, приведет к устойчивому и, возможно, непоправимому повреждению линз пресной воды из-за увеличения смыва волн, вызванных циклонами , в результате чего многие острова станут непригодными для проживания из-за потери питьевой воды. ^[5]

Ссылки [ править ]

^ ^a ^b Бейли, Райан Т., Джон У. Дженсон и Арне Э. Олсен. Алгебраическая модель линзы пресной воды атолла для управления подземными водами на Каролинских островах . Институт водных и экологических исследований Западной части Тихого океана, Гуамский университет, 2008 г. http://www.weriguam.org/docs/reports/120.pdf Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine
^ MCLANE, Чарльз. «Эффект изъятия из системы водоносного горизонта, моделирующей линзы пресной воды на острове: аналитический подход к моделированию». McClane Environmental, LLC. 2002 Ежегодное собрание в Денвере . 2002. http://us1media.com/PresGalleries/presdownloads/island_freshwater_lens.pdf
^ Пресли, Тодд К. Влияние засухи 1998 г. на линзу пресной воды в районе Лаура, атолл Маджуро, Республика Маршалловы Острова . № 2005-5098. Геологическая служба (США), 2005 г. https://pubs.usgs.gov/sir/2005/5098/pdf/sir20055098.pdf
↑ Чуй, Тинг Фонг Мэй и Джеймс П. Терри. «Влияние повышения уровня моря на линзы пресной воды атоллов разного размера и устойчивость линз к засолению, вызванному штормом». Журнал гидрологии 502 (2013): 18–26.
^ Терри, Джеймс П. и Тинг Фонг Мэй Чуй. «Оценка судьбы линз пресной воды на атолловых островах после эвстатического повышения уровня моря и наводнения, вызванного циклонами: подход к моделированию». Глобальные и планетарные изменения 88 (2012): 76–84.

[:0-1] Бейли, Райан Т., Джон У. Дженсон и Арне Э. Олсен. Алгебраическая модель линзы пресной воды атолла для управления подземными водами на Каролинских островах . Институт водных и экологических исследований Западной части Тихого океана, Гуамский университет, 2008 г. http://www.weriguam.org/docs/reports/120.pdf Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine

[2] MCLANE, Чарльз. «Эффект изъятия из системы водоносного горизонта, моделирующей линзы пресной воды на острове: аналитический подход к моделированию». McClane Environmental, LLC. 2002 Ежегодное собрание в Денвере . 2002. http://us1media.com/PresGalleries/presdownloads/island_freshwater_lens.pdf

[3] Пресли, Тодд К. Влияние засухи 1998 г. на линзу пресной воды в районе Лаура, атолл Маджуро, Республика Маршалловы Острова . № 2005-5098. Геологическая служба (США), 2005 г. https://pubs.usgs.gov/sir/2005/5098/pdf/sir20055098.pdf

[4] Чуй, Тинг Фонг Мэй и Джеймс П. Терри. «Влияние повышения уровня моря на линзы пресной воды атоллов разного размера и устойчивость линз к засолению, вызванному штормом». Журнал гидрологии 502 (2013): 18–26.

[5] Терри, Джеймс П. и Тинг Фонг Мэй Чуй. «Оценка судьбы линз пресной воды на атолловых островах после эвстатического повышения уровня моря и наводнения, вызванного циклонами: подход к моделированию». Глобальные и планетарные изменения 88 (2012): 76–84.

[1]