在参数不确定性条件下优化拾荒井（scavenger well）策略，以最大化荷兰沿海含水层中允许的淡水抽取量

《Journal of Hydro-environment Research》：Optimizing scavenger well strategies under parameter uncertainty to maximize allowable freshwater pumping rates in a coastal aquifer, The Netherlands

本研究通过电磁感应法、地下水监测和沉积分析，揭示了迪赫拉阿布杜岛不同地形（如礁盘宽度、海拔和沉积物组成）对浅层地下水分布及动态的影响。发现窄礁盘区域因高渗透性导致盐入侵加剧，而宽礁盘区域通过能量耗散减少盐water入侵。潮汐作用显著改变地下水流动模式，且滨海砂质区域与砾石区域存在明显的水力传导差异。研究证实地形和沉积物异质性对地下水系统的塑造至关重要，为环礁岛淡水管理提供了新视角。

　　在海洋环礁岛屿上，浅层地下水的分布与形态变化对其淡水资源管理具有重要影响。本研究以马尔代夫南部的Dhigelaabadhoo岛为例，探讨了该岛的浅层地下水系统在不同地形、沉积物组成以及潮汐作用下的空间变化特征。通过电磁感应（EMI）调查、地下水监测和沉积物分析等方法，研究揭示了地形形态、潮汐波动和沉积物类型如何共同作用，塑造出岛屿上地下水的分布格局。研究还强调了潮汐对地下水动态的影响，指出潮汐变化能够显著改变地下水的流动模式和电导率，进而影响地下水的盐度分布和地下水位变化。

### 岛屿形态与沉积物组成

Dhigelaabadhoo岛位于Huvadhu环礁西南部，是一个面积约为36.8公顷的未居住岛屿。该岛的地形呈现出明显的不对称性，尤其是在靠近海洋的区域，地势相对较高，而靠近泻湖的一侧则较为平坦。这种地形差异对地下水的分布具有重要影响，因为地下水通常从高处流向低处。在靠近海洋的区域，地势较高，地下水位波动明显，而在泻湖一侧，地下水位相对稳定，且受潮汐影响较小。

岛屿的沉积物组成也对其地下水特性产生重要影响。研究发现，岛屿可以分为三个主要区域：西侧（W transect）主要由粗沙和砾石组成，具有较高的渗透性；中部（S transect）则以砾石和粗粒沙为主，沉积物结构较为复杂；而东侧（E1, E2, E3 transects）则以细沙为主，沉积物的均匀性较高。这种沉积物分布的差异进一步影响了地下水的盐度和流动模式。例如，西侧的砾石沉积物在潮汐作用下更容易受到盐水入侵的影响，而东侧的细沙则有助于维持较厚的淡水透镜层。

此外，岛屿的“礁坪”宽度（reef flat plate width）也是影响地下水分布的重要因素。研究指出，礁坪的宽度在不同区域存在显著差异，尤其是在西侧的W和SW transects，礁坪较窄，导致地下水更容易受到潮汐波动的影响。相反，东部的礁坪较宽，有助于减少盐水的侵入，从而维持较厚的淡水层。这种差异表明，礁坪的宽度在塑造地下水分布格局中扮演了关键角色。

### 地下水监测与潮汐响应

为了更深入地了解地下水的动态变化，研究团队在岛屿的东部和南部设置了6个地下水监测井，并在两个池塘（P1和P2）中安装了CTD传感器。这些监测井和传感器提供了地下水电导率、温度和水位的实时数据，帮助研究人员识别地下水的响应特征。

监测数据显示，地下水的电导率在不同区域存在显著差异。靠近海洋的区域电导率较高，表明盐水入侵更为严重；而靠近泻湖的区域电导率较低，说明淡水保存较好。此外，地下水位的变化与潮汐波动密切相关，尤其是在砾石区域，潮汐对地下水的影响更为显著。例如，在春季潮汐期间，海洋一侧的地下水位波动幅度较大，达到0.47米，而在泻湖一侧，地下水位波动幅度较小，仅为0.24米。这种差异表明，海洋一侧的渗透性较高，导致地下水对潮汐的响应更快。

在砂质区域，地下水位的变化则相对较小。监测数据显示，砂质区域的地下水位波动幅度仅为0.06至0.15米，且波动模式与砾石区域不同。这可能是因为砂质区域的渗透性较低，导致地下水对潮汐的响应较慢。此外，砂质区域的地下水位在低潮时可能变得非常低，甚至接近干涸状态，而在高潮时则会迅速上升，表明该区域的地下水系统对潮汐变化的响应具有较强的滞后性。

### 地质调查与EMI数据的结合

为了更全面地了解地下水系统的结构和动态，研究团队还进行了多条EMI调查线，以测量地下不同深度的电导率。EMI技术能够提供大范围的地下水电导率数据，从而帮助研究人员识别地下水的分布模式。通过将EMI数据与地下水监测结果进行对比，研究人员发现，EMI测量的电导率（ECa）与实际地下水电导率之间存在一定的关系。虽然ECa值通常低于实际电导率，但通过线性回归分析，研究团队能够将ECa值与地下水电导率进行关联，从而更准确地估算地下水的盐度分布。

研究还指出，EMI数据的解释需要结合具体的潮汐阶段。例如，在低潮时，地下水位较低，沉积物的含水量和盐度可能较低，导致ECa值较小；而在高潮时，地下水位上升，沉积物中的盐分增加，ECa值随之升高。这种变化表明，EMI数据的分析需要考虑潮汐波动的影响，以便更准确地识别地下水的分布特征。

### 潮汐对地下水分布的影响

潮汐波动对地下水分布的影响尤为显著。研究团队通过交叉相关分析（cross-correlation analysis）比较了潮汐信号与地下水位变化的时间关系，发现不同区域的地下水对潮汐的响应存在明显的差异。例如，在砾石区域，地下水对潮汐的响应时间较短，表明该区域的渗透性较高，潮汐信号能够快速传播到地下水系统中；而在砂质区域，地下水对潮汐的响应时间较长，表明该区域的渗透性较低，潮汐信号传播较为缓慢。

此外，研究还发现，地下水位的变化幅度与潮汐的强度密切相关。在春季潮汐期间，潮汐的幅度较大，导致地下水位波动更明显；而在大潮期间，潮汐的幅度较小，地下水位的变化也相应减弱。这种潮汐对地下水位的影响模式为理解地下水系统的动态行为提供了重要依据。

### 地下水盐度分布与渗透性关系

研究团队进一步分析了地下水盐度分布与渗透性的关系。结果表明，渗透性较高的区域更容易受到盐水入侵的影响，尤其是在靠近海洋的砾石区域。相反，渗透性较低的砂质区域则能够维持较厚的淡水层，减少盐水的渗透。这种差异与沉积物的粒径分布密切相关，因为粗粒沉积物通常具有更高的渗透性，而细粒沉积物则更容易被盐水渗透。

此外，研究还发现，地下水的盐度分布与岛屿的地形特征有关。例如，在西侧的砾石区域，地下水盐度较高，而在东部的砂质区域，地下水盐度较低。这种现象可能与岛屿的地形坡度和沉积物分布有关。较高的地形坡度有助于地下水从海洋向泻湖流动，从而减少盐水的侵入；而较低的地形坡度则可能导致盐水更容易渗透到地下水中。

### 岛屿形态与地下水透镜的形成

研究还探讨了岛屿形态如何影响地下水透镜的形成。通过分析不同区域的地形特征和沉积物组成，研究人员发现，岛屿的宽度、坡度和礁坪宽度等因素共同作用，决定了地下水透镜的厚度和形状。例如，岛屿较宽的区域通常能够形成较厚的地下水透镜，而较窄的区域则可能形成较薄的透镜。此外，较高的地形坡度有助于地下水的稳定，而较低的坡度则可能导致地下水透镜的不稳定性。

研究团队还发现，礁坪的宽度对地下水透镜的形成具有重要影响。在礁坪较宽的区域，地下水透镜的分布更加对称，而在礁坪较窄的区域，地下水透镜则呈现出不对称的特征。这种不对称性可能是由于礁坪的狭窄限制了地下水的流动路径，使得盐水更容易侵入到淡水透镜中。因此，礁坪的宽度不仅是岛屿形态的一部分，也是影响地下水透镜分布的重要因素。

### 未来研究方向与应用

本研究的发现为未来在环礁岛屿上开展地下水管理提供了重要的参考。由于地下水透镜的分布受到多种因素的影响，包括地形、沉积物组成和潮汐波动，因此需要采用综合的方法来评估这些因素对地下水系统的综合影响。此外，研究还建议采用更高分辨率的地球物理方法，如电导率成像（electrical resistivity tomography）来更精确地识别地下水透镜的厚度和分布。

在实际应用中，这些研究结果可以用于优化地下水管理策略，特别是在面临海平面上升和极端天气事件的背景下。例如，对于礁坪较窄、渗透性较高的区域，需要特别关注盐水入侵的风险，并采取相应的措施来保护淡水资源。而对于礁坪较宽、渗透性较低的区域，则可以利用其较高的地下水稳定性，发展可持续的地下水利用方式。

### 结论

本研究通过对Dhigelaabadhoo岛的地下水系统进行多方面的分析，揭示了岛屿形态、沉积物组成和潮汐波动如何共同作用，影响地下水的分布和动态。研究结果表明，岛屿的宽度、坡度和礁坪宽度等因素对地下水透镜的厚度和形状具有显著影响，而潮汐波动则通过改变地下水位和电导率，进一步影响地下水的盐度分布和流动模式。这些发现不仅有助于更准确地理解环礁岛屿的地下水系统，也为未来的地下水管理提供了科学依据。