屏障岛淡水透镜体动态的地质与人为控制机制：基于地球物理与水文地质联合调查的实证研究

本研究针对屏障岛淡水透镜体(FWL)受盐碱入侵和城市化影响的关键问题，通过整合TDEM地球物理探测、DEM地形分析和地下水盐度监测，揭示了Padre岛FWL厚度(8±5 m)和电阻率(33±18 Ω·m)的空间变异规律。发现城市开发通过增加不透水表面和运河开挖显著降低FWL质量(r≈0.82)，而沙丘体积(>16,800 m3 )和高程(>2 m)可增强淡水补给，为海岸带水资源管理提供科学依据。

　　

海岸带作为全球38%人口的聚居区，其脆弱的淡水生态系统正面临海平面上升和城市扩张的双重威胁。屏障岛作为天然的海岸防线，其地下淡水透镜体(Freshwater Lens, FWL)的存续关乎生态系统平衡和人类用水安全。然而，这类资源受复杂的地质过程和人类活动影响，传统研究受限于数据稀疏性和方法局限性，难以揭示其动态机制。

美国德克萨斯州的研究团队在《Journal of Hydrology》发表的研究，创新性地融合时间域电磁法(TDEM)、数字高程模型(DEM)和水化学分析，对全球最长的Padre岛进行跨尺度调查。通过214个TDEM测点、47口监测井和GNSS地形数据，首次量化了城市化与自然因素对FWL的差异化影响。

【研究结果】

1. 三维电性结构特征：TDEM反演揭示岛体呈三层结构——上部淡水饱和砂层(电阻率10-78 Ω·m)、中部咸水层(1-7 Ω·m)和底部隔水粘土层(0.1-1.22 Ω·m)，证实粘土层埋深控制FWL最大厚度达18 m。

2. 人为活动影响：城市区域FWL厚度比未开发区薄40%，电阻率降低35 Ω·m，运河周边出现盐度突增带，证实不透水表面(建筑/道路)通过阻断入渗和诱导海水入侵双重机制破坏FWL。

3. 自然控制因素：高程>2 m区域FWL厚度(9 m)和电阻率(34 Ω·m)显著优于低洼区，大沙丘(>16,800 m³
   )与透镜体厚度呈正相关(r≈0.51)，反映地形驱动的补给优势。

4. 地质约束效应：粘土隔水层埋深与FWL质量强相关，其深层分布区维持更厚(10 m)更新鲜(36 Ω·m)的淡水体，揭示古地质框架的长期控制作用。

【结论启示】
该研究建立了"地表形态-地下结构-人类干扰"的三元调控模型，突破传统单因素分析局限。发现城市化可使FWL体积缩减超50%，而保护沙丘系统和限制不透水表面(<30%)能有效缓解资源退化。创新点在于：①首次实现TDEM与水文地质参数的岛域尺度耦合解析；②量化城市开发对海岸淡水的"立体切割"效应；③提出基于地形-地质协同的保护策略。成果为全球屏障岛水资源可持续管理提供范式，尤其对快速发展的海岸城市具有预警意义。

(注：全文数据源自原文实测结果，方法学细节见TDEM反演与等效模型分析，讨论部分整合了作者对41篇文献的对比分析)