CN111287146A - 一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，包括以下步骤：步骤1、划分人工海岛中海岛基质部分和阻水屏障部分；步骤2、设计海岛基质部分的渗透系数、隔水屏障部分的渗透系数及厚度；步骤3、根据隔水屏障部分的渗透系数及厚度取值，确定阻水屏障部分的深度；步骤4、圈定人工吹填海岛区域，吹填海岛地基；步骤5、设置施工围堰，并利用施工围堰形成双域海岛的阻水屏障部分；步骤6、利用当地海沙吹填海岛基质部分，形成人工双域结构海岛。首先，本发明的人工双域海岛不仅能够增大海岛淡水储量，而且投资成本较均质海岛并没有增加多少，因此具有较高的推广应用价值。

Description

一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法
技术领域
本发明涉及海岛淡水资源可持续利用领域，具体为一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法。
背景技术
我国南海海域广袤，资源丰富，具有极强的战略地位。国家多次印发有关南海开发的政策方针，使得南海的科学高效的开发成为人们热议的焦点。尽管南海广袤的海域星罗棋布的布置众多海岛，但大分部为面积较小的珊瑚礁，生活资源匮乏，尤其是淡水资源，造成南海珍贵的自然资源无人可守、难以开发的局面。再此基础上，国家将南海人工岛工程作为南海开发的重要保障。然而，利用当地海沙人工吹填的均质岛屿通常经受严重的海水入侵问题，使本来有效的海岛储存淡水的空间变得更加狭小。因此，为支持人工岛屿的可持续发展，扩大海岛内淡水储存体积将成为重中之重。根据发明人最新的研究结果表明，在海岛外围增设一圈弱透水层能够有效减缓海水入侵，增加海岛内淡水储量。但是，新增加一圈异质材料会增加投资成本，降低海岛的性价比。因此，科学规划一种双域结构的海岛施工方法将成为提升人工海岛性价比的关键。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法。
技术方案：本发明的增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、划分人工海岛中海岛基质部分和阻水屏障部分；
步骤2、设计海岛基质部分的渗透系数、隔水屏障部分的渗透系数及厚度；
步骤3、根据隔水屏障部分的渗透系数及厚度取值，确定阻水屏障部分的深度；
步骤4、圈定人工吹填海岛区域，利用当地海沙吹填海岛地基；
步骤5、设置施工围堰，并利用施工围堰形成双域海岛的阻水屏障部分；
步骤6、再次利用当地海沙吹填海岛基质部分，形成人工双域结构海岛。
其中，步骤1具体为将三维海岛简化为二维剖面，并在规划的吹填的海岛外围设置不完全穿透海岛含水层的阻水屏障部分。
进一步的，步骤2中所述海岛基质部分的渗透系数为K1、隔水屏障部分的渗透系数为K2，满足K2/K1的值在区间0.001-0.0001内；隔水屏障部分的厚度D2与海岛半径的D比值在区间0.5-0.2之间。
进一步的，步骤3中阻水屏障部分的深度计算公式为：
Figure BDA0002388598400000021
式中：ε＝(ρf/(ρs-ρf))，D指海岛半径，D2指隔水屏障部分的厚度，D2＝D-D2，W指降雨入渗补给量，K2指隔水屏障部分的渗透系数。
进一步的，步骤4中海岛地基顶高程距离海岛顶高程Hd m；其中吹填材料为当地海沙。
进一步的，步骤5中所述施工围堰紧贴海岛外环圈定，围堰材料与阻水屏障部分相同，基于施工围堰，完成阻水屏障部分施工。
有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，本发明的人工双域海岛可以有效增大海岛淡水储量；其次，利用海岛施工围堰作为双域结构海岛的阻水屏障部分，节省工程投资，并免除了围堰拆除的费用，同时可以确定最优阻水屏障部分深度，减少低渗透介质的消耗，进一步降低工程造价。
附图说明
图1是本发明双域结构海岛剖视图；
图2是本发明双域结构海岛俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、划分人工海岛中海岛基质部分和阻水屏障部分；具体为将三维海岛简化为二维剖面，并在规划的吹填的海岛外围设置不完全穿透海岛含水层的阻水屏障部分。
步骤2、设计海岛基质部分的渗透系数、隔水屏障部分的渗透系数及厚度；所述海岛基质部分的渗透系数为K1、隔水屏障部分的渗透系数为K2，满足K2/K1的值在区间0.001-0.0001内；隔水屏障部分的厚度D2与海岛半径的D比值在区间0.5-0.2之间。
步骤3、根据隔水屏障部分的渗透系数及厚度取值，确定阻水屏障部分的深度；所述阻水屏障部分的深度计算公式为：
Figure BDA0002388598400000031
式中：ε＝(ρf/(ρs-ρf))，D指海岛半径，D2指隔水屏障部分的厚度，D2＝D-D2，W指降雨入渗补给量，K2指隔水屏障部分的渗透系数。
步骤4、圈定人工吹填海岛区域，吹填海岛地基；所述海岛地基顶高程距离海岛顶高程Hd m；其中吹填材料均为当地海沙。
步骤5、设置施工围堰，并利用施工围堰形成双域海岛的阻水屏障部分；所述施工围堰紧贴海岛外环圈定，围堰材料与阻水屏障部分相同，基于施工围堰，完成阻水屏障部分施工。
步骤6、利用当地海沙吹填海岛基质部分，形成人工双域结构海岛。
如图1和图2所示，人工双域结构海岛将分为三部分，分别为阻水屏障部分1，海岛基质部分2，海岛地基3。其中，海岛基质部分2和海岛地基3均由当地海沙作为填充材料吹填。根据海岸地形，确定海岛的规模尺度。同时，测量海水水位5和当地海沙的渗透系数K1及孔隙度n1，根据隔水屏障部分的渗透系数K2与海岛基质的渗透系数K1及的比值在区间0.001-0.0001内，以及隔水屏障部分的厚度D2与海岛半径的D比值在区间0.5-0.2之间，利用如下公式计算阻水屏障的深度。
Figure BDA0002388598400000032
式中：ε＝(ρf/(ρs-ρf)),D[L]指海岛半径，D2[L]指隔水屏障部分的厚度，D2＝D-D2[L]，W[L/T]指降雨入渗补给量，K2指隔水屏障部分的渗透系数。
确定人工双域结构海岛三部分的规模尺度，首先利用当地海沙吹填海岛地基部分。其次，完成地基吹填后，建设围堰8，并以围堰为基础吹填阻水屏障部分。同时，海岛基质部分利用当地海沙进行同时吹填。最终，完成海岛封底设计。
室内试将根据阻水屏障部分的深度分为四种工况，分别为距离海平面0,7.8,16.0和23.7cm。实验沙槽的尺度为长×高×宽＝60cm×32cm×3cm，其中海岛区域长55cm，海水区域长5cm。海水区域水位维持在24.3cm处，海水浓度维持在35kg/m3。两种工况中模拟降雨装置均提供0.03636cm/min的降雨量7。为标记咸淡水交界面4、潜水面6位置，咸水利用诱惑红染料染色，而淡水则为未染色状态。将四种工况运行至稳态，观察海岛内咸淡水交界面的位置。
设置为双域结构海岛能够将咸淡水交界面向海边界推动，有效增加海岛淡水透镜体的体积。然而，当阻水屏障部分深度超过临界深度后，增加阻水屏障深度不能增加海岛淡水储量。因此，需要利用阻水屏障的深度计算公式计算出临界深度，作为海岛地基吹填的顶高程，较少低渗透介质材料的消耗。

Claims (6)

1.一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、划分人工海岛中海岛基质部分和阻水屏障部分；
步骤2、设计海岛基质部分的渗透系数、隔水屏障部分的渗透系数及厚度；
步骤3、根据隔水屏障部分的渗透系数及厚度取值，确定阻水屏障部分的深度；
步骤4、圈定人工吹填海岛区域，利用当地海沙吹填海岛地基；
步骤5、设置施工围堰，并利用施工围堰形成双域海岛的阻水屏障部分；
步骤6、再次利用当地海沙吹填海岛基质部分，形成人工双域结构海岛。
2.根据权利要求1所述的增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，其特征在于：步骤1具体为将三维海岛简化为二维剖面，并在规划的吹填的海岛外围设置不完全穿透海岛含水层的阻水屏障部分。
3.根据权利要求2所述的增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，其特征在于：步骤2中所述海岛基质部分的渗透系数为K1、隔水屏障部分的渗透系数为K2，满足K2/K1的值在区间0.001-0.0001内；隔水屏障部分的厚度D2与海岛半径的D比值在区间0.5-0.2之间。
4.根据权利要求3所述的增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，其特征在于，步骤3中阻水屏障部分的深度计算公式为：
Figure FDA0002388598390000011
式中：ε＝(ρf/(ρs-ρf))，D指海岛半径，D2指隔水屏障部分的厚度，D2＝D-D2，W指降雨入渗补给量，K2指隔水屏障部分的渗透系数。
5.根据权利要求4所述的增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，其特征在于：步骤4中海岛地基顶高程距离海岛顶高程Hd m；其中海岛基质部分吹填材料为当地海沙。
6.根据权利要求5所述的增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法，其特征在于：步骤5中所述施工围堰紧贴海岛外环圈定，围堰材料与阻水屏障部分相同，基于施工围堰，完成阻水屏障部分施工。
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