潮汐动力学视角下沿海含水层污染脆弱性分级研究

本文聚焦潮汐驱动下沿海含水层污染脆弱性分级机制，通过分析微潮与中潮环境下地下水动态响应（如水位振荡幅度、涨落速率及涨落历时比），首次提出基于动态模式识别的概念模型，揭示微潮含水层因弱冲刷潜力（poor flushing potentials）而长期更易受海洋污染物侵袭，为发展中国家沿海地区地下水保护提供了过程导向（process-based）的创新评估框架。

　　

Highlight

潮汐动态与沿海含水层污染脆弱性分级的意义

研究区域

研究区域涵盖尼日利亚800公里长的海岸带，受半日潮影响，潮差自西（微潮；<2米）向东（中潮；2–4米）显著增大，向陆方向潮汐与波浪能量递减，沿岸沉积物粒径呈非线性变化，且存在多样化的形态与沉积亚环境。本次初步研究基于后勤条件，在维多利亚岛、伊博科达、伊贝诺和阿南蒂加（图1）设立了观测井点。

方法

在2008–2012年野外调查期间，使用系有标尺绳的简易浮子，以半小时至15分钟间隔监测井内静态水位，共覆盖59至146个12小时潮周期。与先前采用的声学信号采样器相比，此类监测井因深度较浅，测量精度可达厘米级。同时，使用手持式电导率仪测量地下水与相邻地表水的电导率，精度为±0.01 mS/cm。通过浮子记录获取静态水位（SWL）变化的时间序列数据，进而计算水位变化速率（ΔSWL/Δt）。采用正弦函数（y = A sin(Bx + C) + D）拟合水位与电导率数据，并通过相位差分析推断污染物迁移方向。

结果

所有数据均呈现与半日潮及月周期相关的模式。

讨论

结果表明，沿海含水层的固有特性体现在其对地潮（earth tides）引发的海洋潮汐响应当中。本研究评估了潮汐影响的两大衍生指标：即SWL涨落比与涨落历时比（图9 a-d），发现无论含水层处于何种环境，二者均呈强负相关。这一关系有助于概念化含水层对潮频污染物侵入的脆弱性，并可作为简单分级工具的基础。微潮含水层表现出更高的平均电导率比（地下水/地表水）和更长的污染物滞留时间，表明其长期脆弱性更高。此外，潮汐不对称性（tidal asymmetry）与含水层渗透性的交互作用进一步影响了污染物的冲刷效率。

结论

尼日利亚沿海含水层对海洋污染物的脆弱性程度受其地潮相关动力响应控制。初步分级表明，最脆弱含水层具有以下组合特征：静态水位上升速率与下降速率比值>1（上升速率不对称），以及涨潮历时与落潮历时比值>1（涨潮历时不对称）。这些特性见于尼日利亚西部的微潮含水层，其与潮周期平均电导率比极高（显示弱冲刷潜力）相结合，预示着长期更高的污染风险。