Линза (гидрология)

В гидрологии линза выпуклой формы , , также называемая пресноводной линзой или линзой Гибена-Герцберга , представляет собой слой пресных грунтовых вод который плавает над более плотной соленой водой и обычно встречается на небольших коралловых или известняковых островах и атоллах. Этот водоносный горизонт пресной воды пополняется за счет осадков, которые проникают в верхний слой почвы и просачиваются вниз, пока не достигают зоны насыщения. Скорость перезарядки линзы можно суммировать следующим уравнением:

$R=p-ET$

Где $R$ - скорость перезарядки в метрах, $p$ – осадки (м), а $ET$ – суммарное испарение (м) воды. При более высоких объемах подпитки гидравлический напор увеличивается, и густая линза пресной воды сохраняется в течение всего засушливого сезона. Более низкий уровень осадков или более высокий уровень перехвата и эвапотранспирации приведет к уменьшению гидравлического напора, что приведет к образованию тонкой линзы. ^[1]

Модели пресноводных линз

Алгебраическая модель

Алгебраическая модель для оценки толщины пресноводной линзы была разработана с использованием моделирования подземных вод Бэйли и др. 2008. Это уравнение связывает толщину линзы с геологическими и климатическими факторами, такими как геометрия острова, геологический состав и скорость пополнения запасов, среди прочих. ^[1] Уравнение кратко представлено ниже:

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

Где $Z_{max}$ = максимальная глубина линзы, $R$ = годовая ставка пополнения (м), $Y$ и $B$ = параметры в зависимости от ширины острова, $Z_{td}$ = глубина до разрыва Тербера (переход между верхними и нижними водоносными горизонтами), $K$ = гидравлическая проводимость верхнего водоносного горизонта, $C$ = параметр ограничивающей рифовой плиты, и $T$ = параметр времени, отображающий долгосрочную структуру осадков с нижними индексами, обозначающими различные ее аспекты, такие как регион, погодные условия и т. д.

Классический объектив Badon Ghyben-Herzberg.

Многие пресноводные водоносные горизонты на атоллах и небольших островах округлой формы имеют форму линзы Бадон-Гибен-Герцберга. ^[2] Эта связь описана в уравнении ниже:

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

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

Последствия засухи

Линзы пресной воды зависят от сезонных осадков для пополнения подземного водоносного горизонта и могут резко изменить толщину после засухи или сильных дождей. В отчете Геологической службы США после засухи 1997–1998 годов на Маршалловых островах наблюдалось заметное уменьшение толщины линзы. ^[3] После того, как резервуары общественной системы сбора осадков были быстро истощены после нескольких месяцев недостаточного количества осадков, население островов начало увеличивать скорость откачки грунтовых вод до такой степени, что во время засухи грунтовые воды обеспечивали до 90% питьевой воды острова.

Вокруг острова была установлена сеть из 36 наблюдательных колодцев на 11 участках для измерения количества воды, истощенной из водоносного горизонта. К концу засухи в июне 1998 года максимальная толщина пресноводной линзы в некоторых колодцах составляла около 45 футов, тогда как на одном участке толщина линзы составляла всего 18 футов. После возобновления сезона дождей толщина линзы в некоторых районах увеличилась до 8 футов, что указывает на то, что скорость пополнения линз пресной воды на атоллах и небольших островах быстро реагирует на изменения количества осадков и скорости откачки грунтовых вод.

Последствия повышения уровня моря

Многие из атоллов, на которых расположены линзы пресной воды, находятся всего в нескольких метрах над уровнем моря и поэтому подвергаются риску затопления из-за повышения уровня моря . Однако, возможно, более острой проблемой, стоящей перед этими небольшими островами, является проникновение соленой воды в пресноводный водоносный горизонт. Поскольку все больше и больше питьевых грунтовых вод засолены, население этих островов может столкнуться с существенным сокращением доступных водных ресурсов. Меньшие острова подвергаются гораздо большему риску обширного вторжения соленой воды из-за нелинейной зависимости между шириной острова и толщиной пресноводной линзы. ^[4]

Повышение уровня моря на 40 см может резко повлиять на форму и толщину пресноводной линзы, уменьшив ее размер до 50% и способствуя образованию солоноватых зон. Соленые шлейфы могут образовываться на дне пресноводного водоносного горизонта, когда толщина линзы нарушается из-за засухи и проникновения соленой воды. Даже после года пополнения подземных вод солевой шлейф может не рассеяться полностью. Повышение уровня моря, вероятно, приведет к устойчивому и, возможно, непоправимому повреждению пресноводных линз из-за увеличения волнового смыва, вызванного циклонами , что сделает многие острова непригодными для жизни из-за потери питьевой воды. ^[5]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Бейли, Райан Т., Джон В. 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, Университет Гуама, 2008 г. http://www.weriguam.org/docs/reports/120.pdf. Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine.
^ МАКЛЕЙН, Чарльз. «Эффект отбора воды из смоделированной островной пресноводной линзовой системы водоносных горизонтов: подход к моделированию аналитических элементов». Макклейн Экологическая, ООО. Ежегодное собрание в Денвере, 2002 г. 2002. http://us1media.com/PresGalleries/presdownloads/island_freshwater_lens.pdf.
^ Пресли, Тодд К. Влияние засухи 1998 года на линзу пресной воды в районе Лауры, атолл Маджуро, Республика Маршалловы Острова . № 2005-5098. Геологическая служба (США), 2005. https://pubs.usgs.gov/sir/2005/5098/pdf/sir20055098.pdf.
^ Чуй, Тинг Фонг Мэй и Джеймс П. Терри. «Влияние повышения уровня моря на пресноводные линзы атоллов разных размеров и устойчивость линз к засолению, вызванному штормами». Журнал гидрологии 502 (2013): 18–26.
^ Терри, Джеймс П. и Тинг Фонг Мэй Чуй. «Оценка судьбы пресноводных линз на атолловых островах после эвстатического повышения уровня моря и наводнений, вызванных циклонами: подход к моделированию». Глобальные и планетарные изменения 88 (2012): 76–84.

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Бейли, Райан Т., Джон В. 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, Университет Гуама, 2008 г. http://www.weriguam.org/docs/reports/120.pdf. Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine.

[2] МАКЛЕЙН, Чарльз. «Эффект отбора воды из смоделированной островной пресноводной линзовой системы водоносных горизонтов: подход к моделированию аналитических элементов». Макклейн Экологическая, ООО. Ежегодное собрание в Денвере, 2002 г. 2002. http://us1media.com/PresGalleries/presdownloads/island_freshwater_lens.pdf.

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

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

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

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]