在气候变化和海啸影响下，用于保护可持续沿海含水层和防止洪水的地下海堤

《Journal of Ecohydraulics》：Subsurface seawalls for sustainable coastal aquifers and inundation prevention under climate change and tidal waves impact

盐水入侵动力学研究：基于Biscayne含水层的海平面上升与潮汐波动影响模拟，提出海堤干预方案，分析其减少入侵距离达20%-33%及提升淡水压降效果，建立多情景模型验证适应性管理策略。

　　盐水入侵（SWI）对沿海地区的地下水质量和生态系统构成了严重威胁，尤其是在全球气候变化和海平面上升（SLR）的背景下。本文研究了佛罗里达州比斯坎含水层在不同情景下的盐水入侵动态，包括海平面上升的影响以及通过海堤干预来缓解盐水入侵和洪水问题。研究采用了SEAWAT模型，结合了实际观测数据和预测模型，对盐水入侵的程度、影响范围以及可能的解决方案进行了深入分析。通过对比不同情景下的模拟结果，研究揭示了海堤在控制盐水入侵和应对海平面上升中的关键作用，并提出了针对不同海平面上升和潮汐波动情况的海堤设计建议。

在比斯坎含水层中，研究发现，如果不采取任何干预措施，盐水入侵的长度在基线情况下为7950米。然而，随着海平面上升，这一数值会逐渐增加，例如，在+2.62米的海平面上升情景下，盐水入侵的长度达到了8900米。这表明，海平面上升会显著加剧沿海地下水的盐化问题，影响农业灌溉和居民饮用水的安全。同时，潮汐波动对盐水入侵的影响也不容忽视，研究显示，在+2.31米的潮汐波动情景下，盐水入侵的长度可达8750米，进一步凸显了沿海地区在面对气候变化时面临的复杂挑战。

为了应对这些挑战，研究引入了海堤作为物理屏障，以减少盐水入侵和洪水风险。通过使用经验性的波浪爬升模型，研究计算了海堤的设计高度，以应对最坏情况下的海平面上升（+2.62米）和最大潮汐波动（+2.31米）。结果表明，海堤的最小设计高度应为7.5米，才能有效抵御极端情况下的盐水入侵和潮汐波动带来的影响。这一设计标准不仅考虑了波浪爬升的高度，还结合了海平面上升和潮汐变化的综合效应，确保海堤在不同气候情景下都能发挥最佳防护作用。

海堤的应用在多个沿海地区取得了成功，例如日本的案例显示，海堤在防止海岸侵蚀和减少洪水方面具有显著效果。然而，海堤的建设也可能对当地生态系统产生一定影响，包括改变沿海沉积物的输运路径和影响海滩的自然形态。因此，在设计和实施海堤时，必须综合考虑工程、水文地质和生态因素，以实现可持续的沿海管理。此外，研究还指出，单一的海堤措施可能不足以完全解决盐水入侵问题，通常需要结合其他方法，如地下水抽水或排水系统，以提高整体的防护效果。

比斯坎含水层是佛罗里达州迈阿密-达德县的重要地下水资源，支持农业灌溉和居民用水。研究显示，随着人口增长和气候变化，该地区的淡水需求预计在2030年将增加约28%。这使得比斯坎含水层面临更大的压力，尤其是在海平面上升和潮汐波动的双重影响下。通过模拟不同情景，研究发现，海堤能够显著减少盐水入侵的长度，提高盐水排斥能力，从而保护地下水资源。同时，海堤还能有效防止因波浪和风暴潮导致的陆地洪水，为沿海地区的可持续发展提供保障。

研究还指出，海堤的设计和位置对其效果具有重要影响。例如，截止墙的效率与墙的深度和距离海岸的距离密切相关，更深的墙和更靠近海岸的墙能更有效地阻止盐水入侵。此外，海堤的建设需要充分考虑当地的水文地质条件和生态需求，以避免对环境造成不必要的破坏。例如，某些研究表明，海堤可能会减少地下水向海洋的排放，进而影响沿海湿地的生态功能。因此，在规划和实施海堤项目时，应进行详细的环境评估，并采取措施减少对生态系统的负面影响。

为了进一步优化海堤的设计，研究还探讨了不同类型的海堤结构，如钢桩墙、整体混凝土屏障、碎石堤坝、砖块或块状墙以及铁丝网填充岩石的结构。这些结构各有优缺点，选择合适的类型和设计参数对于确保海堤的长期有效性至关重要。此外，研究还强调了海堤在应对极端天气事件中的重要性，因为这些事件可能会加剧海岸侵蚀和洪水风险，对沿海社区的生存和发展构成威胁。

总体而言，本研究通过模拟和分析，揭示了海平面上升和潮汐波动对沿海地下水盐化的影响，并提出了海堤作为有效的管理工具。研究结果表明，海堤能够显著减少盐水入侵的长度，提高盐水排斥能力，为沿海地区的可持续发展提供支持。然而，海堤的建设和管理需要综合考虑多种因素，包括工程、环境和生态影响，以确保其在不同气候情景下的长期有效性。此外，进一步的实地研究和数据收集对于完善模型和优化海堤设计也至关重要。未来的研究应更加关注三维建模技术的应用，以更准确地评估海堤在应对盐水入侵和洪水问题中的效果，并推动更全面的沿海水资源管理策略的制定。