Линза (гидрология) - Lens (hydrology)

Пресноводный объектив на острове.

В гидрология, а линза, также называемый линза пресной воды или же Линза Гибена-Герцберга, представляет собой выпуклый слой свежего грунтовые воды который плавает над более плотной соленой водой, обычно встречается на небольших коралловых или известняковых островах и атоллах. Этот водоносный горизонт пресной воды перезаряжается через осадки, которые инфильтраты верхний слой почвы и просачивается вниз, пока не достигнет насыщенной зоны. Скорость перезарядки линзы можно описать следующим уравнением:

R = P - ET

Где R - скорость восстановления в метрах, p - осадки (м), а ET - эвапотранспирация (м) воды. При большем количестве перезарядки гидравлическая головка увеличивается, а толстая линза пресной воды сохраняется в сухой сезон. Более низкая норма осадков или более высокая скорость улавливания и эвапотранспирации уменьшат гидравлический напор, что приведет к уменьшению толщины линзы.^[1]

Модели линз для пресной воды

Алгебраическая модель

Алгебраическая модель для оценки толщины линзы пресной воды была разработана с использованием моделирования подземных вод Bailey et al. 2008. Это уравнение связывает толщину линзы с геологическими и климатическими факторами, такими как геометрия острова, геологический состав и скорость восстановления, среди прочего.^[1] Уравнение приведено ниже:

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

Где ${ displaystyle Z_ {max}}$ = максимальная глубина линзы, ${ displaystyle R}$ = годовая скорость пополнения баланса ${ Displaystyle (м)}$ , ${ displaystyle Y}$ и ${ displaystyle B}$ = параметры в зависимости от ширины острова, ${ displaystyle Z_ {td}}$ = глубина до разрыва Тербера (переход между верхним и нижним водоносными горизонтами), ${ displaystyle K}$ = гидравлическая проводимость верхнего водоносного горизонта, ${ displaystyle C}$ = параметр ограничивающей рифовой плиты, и ${ displaystyle T}$ = временной параметр, отображающий долгосрочные модели осадков с нижними индексами, представляющими различные аспекты, такие как регион, погодные условия и т. д.

Классическая линза Бадона Гибена-Герцберга

Многие пресноводные водоносные горизонты на атоллах и небольших округлых островах принимают форму бадона. Линза Гибена-Герцберга.^[2] Эта связь описана в уравнении ниже:

{ displaystyle H = h cdot { frac {P_ {f}} {P_ {s} -P_ {f}}}}

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

Последствия засухи

Линзы пресной воды зависят от сезонных осадков для подпитки подземного водоносного горизонта и могут резко измениться по толщине после засухи или обильных дождей. Отчет Геологической службы США после засухи 1997/1998 г. Маршалловы острова наблюдается заметное уменьшение толщины линзы.^[3] После того, как водохранилища общественной системы сбора дождевых осадков были быстро истощены после нескольких месяцев недостаточного количества осадков, население островов начало увеличивать скорость откачки грунтовых вод до такой степени, что грунтовые воды обеспечивали до 90% питьевой воды острова во время засухи.

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

Последствия повышения уровня моря

Многие атоллы, поддерживающие линзы пресной воды, находятся всего в нескольких метрах над уровнем моря, и поэтому они подвержены риску затопления из-за повышение уровня моря. Однако, возможно, более серьезной проблемой, стоящей перед этими небольшими островами, является вторжение соленой воды на пресноводном водоносном горизонте. Поскольку все больше и больше питьевых грунтовых вод засолены, население этих островов может столкнуться с существенным сокращением имеющихся водных ресурсов. Более мелкие острова подвержены гораздо большему риску обширного вторжения соленой воды из-за нелинейной зависимости между шириной острова и толщиной линзы пресной воды.^[4]

Повышение уровня моря на 40 см может резко повлиять на форму и толщину линзы пресной воды, уменьшая ее размер до 50% и способствуя образованию солоноватоводных зон. Солевые шлейфы могут образовываться на дне пресноводного водоносного горизонта, когда толщина линзы снижается из-за засухи и проникновения соленой воды. Даже после полного года пополнения запасов грунтовых вод солевой шлейф может не рассеяться полностью. Повышение уровня моря, вероятно, приведет к устойчивому и, возможно, непоправимому повреждению линз пресной воды из-за увеличения циклонный волновой смыв, делая многие острова непригодными для жизни из-за потери питьевой воды.^[5]