CN117344692B - 一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，通过优化淤泥包位置及高度，改变含水层中地下水流场，增大地下淡水资源储量，并加速地下淡水资源储量的形成时间。通过本发明的技术方案，通过合理布置淤泥包的位置、长度和高度，借此改变人工岛含水层中地下水流场的分布，控制人工岛上淡水分布范围，据此合理布局人工岛上绿化及取水范围，最大程度的利用淡水资源。可加速人工岛地下淡水的形成的形成，增大地下淡水资源储量。填海过程中采用抛石挤淤合理布局淤泥包的位置，可减少填海完成后的换填量，可减少投资，缩短工期、节省原料，同时满足地基要求。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，具体而言，特别涉及一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法。
背景技术
在远离陆地的地方进行填海造地，形成高潮时可露出水面并与岛屿相似的陆地化空间，称为人工岛。
作为一种永久性海洋利用形式，人工岛不仅为城市发展提供宝贵的土地（如工业基地、商业场地和住宅区），而且可以成为重要的淡水蓄水层。当人工岛达到一定的规模后，由于岛屿和海平面存在地势差，降雨等入渗的淡水不断驱替含水层中内的海水。淡水密度较小，渗入含水层后漂浮于咸水之上，形成淡水透镜体。由于人工岛缺乏天然的地表水库，地下水是岛屿上主要供水来源，并维持着岛屿的生态系统。
淤泥质海岸附近海底有一定厚度的淤泥层，其具有明显的触变性，在淤泥质海岸附近建设人工岛，向海底抛填块石等填海材料时，原海底沉积的淤泥层经填海材料挤压局部隆起，形成大小、厚度不均的淤泥包。不同的回填方式产生不同形态的淤泥包，单向回填时易形成堆状淤泥包，双向回填时易形成条带状淤泥包，填海顺序影响淤泥包的分布及形状。淤泥的渗透性较小，可作为人工岛含水层底板，阻挡地下水的流动，故淤泥包的位置布局对人工岛含水层中咸水淡水分布产生显著的影响。
海底淤泥质具有抗剪强度低、压缩性高、承载能力较差等特点，无法满足地基承载力的要求，故在人工岛施工过程中需对其进行加固处理。淤泥质地基处理的过程中，一般的换填方式因造价高、工期长而无法满足实际需要，多采用抛石挤淤的方式进行处理。故需合理布局抛石挤淤的区域，在节省原料造价、满足地基要求的同时，加大含水层中淡水储量，故本申请提出一种考虑地下淡水储存的人工岛淤泥包布局方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，针对人工岛建成后地下淡水资源储量少且形成时间过长的问题，本发明提供了一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，通过优化淤泥包位置及高度，改变含水层中地下水流场，增大地下淡水资源储量，并加速地下淡水资源储量的形成时间。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，具体包括以下步骤：
S1、勘察人工岛填海海域，测量填海区海水深度Hs、海平面位置、淤泥层的原始厚度Hy0，确定填海范围；在填海范围四周边界处修建围堰，围堰形成人工岛外围海岸；向围堰内抛填填海材料，形成含水层；对人工岛地基进行处理；向含水层上方回填土壤，形成人工岛地表；
S2、在向围堰内海底抛填填海材料的过程中，原海底淤泥层受填海材料的推挤，其上部蠕动并向未抛填区域堆积形成淤泥包；淤泥包位于含水层的底部，淤泥包与原淤泥层底部相连，与含水层接触的地方称为淤泥层上边界，淤泥层的底部称为淤泥层下边界，以淤泥层上边界作为人工岛含水层的隔水底板；淡水储存在含水层中形成淡水透镜体，淡水透镜体下边界位于海平面之下，淡水透镜体上边界的最高点高于海平面。海平面与淤泥层上边界的垂直距离作为含水层厚度Ha，从穿过岛屿中心向两侧海岸延申的直线距离作为人工岛长度La；
S3、计算在人工岛长度为La的情况下淡水透镜体最大厚度Hf，淡水透镜体最大厚度Hf等于含水层中储存淡水的淡水透镜体上边界与淡水透镜体下边界之间的垂直距离；淡水透镜体最大厚度Hf与填海材料及当地气象条件密切相关，其计算公式如下：
（式1）
式中：ρs是海水密度；ρf是淡水密度；K是填海材料的渗透系数；ω是降雨入渗系数；La是人工岛长度；
S4、计算淡水透镜体最大厚度与含水层厚度之间的关系；淡水透镜体的最大厚度与含水层厚度之间的关系，包括当含水层厚度Ha不小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha≥1.5Hf，以及当人工岛含水层厚度Ha小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha＜1.5Hf；
当人工岛含水层厚度Ha不小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha≥1.5Hf时，淤泥包分布对淡水形成影响较小，可根据现场需要选择的回填顺序及淤泥包的分布；当人工岛含水层厚度Ha小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha＜1.5Hf时，在不同回填顺序条件下对淤泥包的布局进行设置；
S5、人工岛的回填顺序包括三种情况，第一种是由岛屿四周围堰向岛屿中心单向回填，最终形成堆状淤泥包；第二种是由岛屿四周和岛屿中心双向回填，形成长条状淤泥包；第三种是由岛屿中心向四周单向回填，形成长条形的半堆状淤泥包。
作为优选方案，由岛屿四周围堰向岛屿中心单向回填，具体包括以下步骤：填海材料从围堰处向海岛中心推挤原海底沉积淤泥层，淤泥包高度Hy从岛屿四周向中心方向逐渐增厚，堆积成圆锥状；填海过程中通过钻孔确定填海材料及淤泥层的分布范围；当淤泥包位于人工岛中央时，岛屿中心区域淡水向下入渗的路径被淤泥包阻挡，并急剧转向海洋方向；同时，淤泥包分布在含水层的中间，淡水无法渗透进入淤泥包内部，大量淡水积聚在含水层的两侧，故含水层中间淡水深度小于含水层的两侧；淤泥包高度Hy与含水层高度Ha相等Hy=Ha时，淤泥包长度Ly为人工岛长度La的28%时Ly=0.28La，含水层中咸水淡化的时间最短，淡水达到最大储量的所需时间最快；当淤泥包长度Ly为人工岛长度La的18%时Ly=0.18La，岛屿中淡水储量可达到最大值。
作为优选方案，由岛屿四周和岛屿中心双向回填，具体包括以下步骤：当填海顺序为同时从中心向四周、从四周向中心双向回填时，淤泥包呈环状分布于岛屿四周；岛屿上降水水平向下倾斜渗入含水层，并向海洋排泄；由于岛屿四周淤泥包的阻挡，水流流向向上翻转，越过淤泥包顶端向海洋排泄；由于淡水被淤泥包阻隔在人工岛中心，中心位置处淡水的厚度大于岛屿两侧；当高度一定时，淤泥包与海岸边的距离Lyc为人工岛长度La的48.2%时Lyc=0.482La，含水层中咸水淡化的时间最短，淡水达到最大储量的时间最快；当淤泥包的高度为含水层高度的30%Hy=0.3Ha，淤泥包与海岸边的距离Lyc为人工岛长度La的33.5%时Lyc=0.335La，含水层中淡水的体积可达到最大值。
作为优选方案，由岛屿中心向四周单向回填，具体包括以下步骤：岛屿中心向四周单向回填，淤泥受到围堰的阻挡呈半堆状，此时淤泥包布于岛屿四周的海洋边界，并在边界处高度达到最大值；岛屿中心区域入渗的淡水水平向下倾斜向海洋排泄，排泄到海岸的过程中遇到淤泥包的阻挡，沿着淤泥包的坡面斜向上排入海洋，对淡水达到最大储量所需时间影响小；同时淤泥包挡住了海洋中海水向含水层中输送，并占据了含水层中盐水的位置，可使含水层中的盐分减少；当淤泥包长度为人工岛长度La的11.1%Ly=0.111La，含水层中盐分含量最少；当淤泥包高度Hy为含水层厚度Ha的41.4%时Hy=0.414Ha，淤泥包长度Ly不大于为含水层厚度的11.13倍时Ly≤11.13Ha，淡水储量可达最大值。
作为优选方案，围堰的软土地基采用抛石挤淤法、碎石换填法或碎石桩法。
作为优选方案，控制淤泥包长度Ly的方法是通过抛石挤淤、开挖、强夯置换的方式改变淤泥的隆起位置；控制淤泥包高度Hy的方法是通过碎石置换或开挖去除超过设定高度的淤泥部分，进而控制淤泥包高度。
本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：
1、通过合理布置淤泥包的位置、长度和高度，借此改变人工岛含水层中地下水流场的分布，控制人工岛上淡水分布范围，据此合理布局人工岛上绿化及取水范围，最大程度的利用淡水资源。
2、可加速人工岛地下淡水的形成的形成，增大地下淡水资源储量。
3、填海过程中采用抛石挤淤合理布局淤泥包的位置，可减少填海完成后的换填量，可减少投资，缩短工期、节省原料，同时满足地基要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为由围堰向岛屿中心单向回填形成淤泥包的人工岛含水层垂向剖面结构（a）及流场（b）示意图；
图2为双向回填形成淤泥包的人工岛含水层垂向剖面结构（a）及流场（b）示意图；
图3为由岛屿中心向围堰单向回填形成淤泥包的人工岛含水层垂向剖面结构（a）及流场（b）示意图；
图4 为不同淤泥包高度情况下含水层中淡水体积；
图5为不同淤泥包长度情况下含水层中淡水体积；
其中，图1至图3中附图标记与部件之间的对应关系为：
1为人工岛外围海岸；2为人工岛地表；3为人工岛含水层上层土壤；4为人工岛含水层；5为人工岛外侧未填海海域海底淤泥层；6为人工岛外侧未填海海域海水；7为人工岛所处海域的海平面；8为人工岛含水层中储存的淡水上边界；9为人工岛含水层中储存淡水的下边界；10为人工岛填海后倍推挤后的海底淤泥层上边界；11为填海过程中原海底淤泥在抛石挤淤过程中产生的淤泥包；12为人工岛所在海域淤泥层下边界。
La为人工岛长度；Ha为人工岛含水层厚度；Ly为淤泥包长度；Hy为淤泥包高度；Lyc为淤泥包距离海岸的距离。流场图中箭头表示地下水流的方向。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图1至图3对本发明的实施例的人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法进行具体说明。
如图1、图2所示，本发明提出了一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，具体包括以下步骤：
S1、勘察人工岛填海海域6，测量填海区海水深度Hs、海平面位置7、淤泥层的原始厚度Hy0，确定填海范围；在填海范围四周边界处修建围堰，围堰形成人工岛外围海岸1；为增大围堰的稳定性，需对软土地基进行处理，围堰的软土地基主要采用抛石挤淤法、碎石换填法或碎石桩法。向围堰内抛填块石、建筑垃圾等填海材料，形成含水层4；对人工岛地基进行处理；向含水层上方回填土壤3，形成人工岛地表2；
S2、在向围堰内海底抛填填海材料的过程中，原海底淤泥层受填海材料的推挤，其上部蠕动并向未抛填区域堆积形成淤泥包11；淤泥包位于含水层4的底部为淤泥层，淤泥包11与原淤泥层底部相连，与含水层接触的地方称为淤泥层上边界10，淤泥层的底部称为淤泥层下边界12，以淤泥层上边界10作为人工岛含水层4的隔水底板；淡水储存在含水层4中形成淡水透镜体，淡水透镜体下边界9位于海平面之下，淡水透镜体上边界8的最高点高于海平面；海平面与淤泥层上边界10的垂直距离作为含水层厚度Ha，从穿过岛屿中心向两侧海岸延申的直线距离作为人工岛长度La；
S3、计算在人工岛长度为La的情况下淡水透镜体最大厚度Hf，淡水透镜体最大厚度Hf等于含水层中储存淡水的淡水透镜体上边界8与淡水透镜体下边界9之间的垂直距离；淡水透镜体最大厚度Hf与填海材料及当地气象条件密切相关，其计算公式如下：
（式1）
式中：ρs是海水密度；ρf是淡水密度；K是填海材料的渗透系数；ω是降雨入渗系数；La是人工岛长度；这些参数均与填土材料的性质密切相关，可通过实验室或现场测得。
S4、计算淡水透镜体最大厚度与含水层厚度之间的关系；淡水透镜体的最大厚度与含水层厚度之间的关系，包括当含水层厚度Ha不小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha≥1.5Hf，以及当人工岛含水层厚度Ha小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha＜1.5Hf；
当人工岛含水层厚度Ha不小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha≥1.5Hf时，淤泥包分布对淡水形成影响较小，可根据现场需要选择的回填顺序及淤泥包的分布；当人工岛含水层厚度Ha小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha＜1.5Hf时，在不同回填顺序条件下对淤泥包的布局进行设置；
S5、人工岛的回填顺序包括三种情况，第一种是由岛屿四周围堰向岛屿中心单向回填，最终形成堆状淤泥包；第二种是由岛屿四周和岛屿中心双向回填，形成长条状淤泥包；第三种是由岛屿中心向四周单向回填，形成长条形的半堆状淤泥包。
由岛屿四周围堰向岛屿中心单向回填，具体包括以下步骤：填海材料从围堰处向海岛中心推挤原海底沉积淤泥层，淤泥包高度Hy从岛屿四周向中心方向逐渐增厚，堆积成圆锥状（见图1a）；填海过程中通过钻孔确定填海材料及淤泥层的分布范围；当淤泥包11位于人工岛中央时，岛屿中心区域淡水向下入渗的路径被淤泥包11阻挡，并急剧转向海洋方向，缩短了淡水的排泄路径，减少了淡水的形成时间（见图1b）；同时，淤泥包11分布在含水层4的中间，淡水无法渗透进入淤泥包11内部，大量淡水积聚在含水层4的两侧，故含水层4中间淡水深度小于含水层4的两侧；淤泥包高度Hy与含水层高度Ha相等Hy=Ha时，淤泥包长度Ly为人工岛长度La的28%时Ly=0.28La，含水层中咸水淡化的时间最短，淡水达到最大储量的所需时间最快；当淤泥包长度Ly为人工岛长度La的18%时Ly=0.18La，岛屿中淡水储量可达到最大值。
由岛屿四周和岛屿中心双向回填，具体包括以下步骤：当填海顺序为同时从中心向四周、从四周向中心双向回填时，淤泥包呈环状分布于岛屿四周（见图2a）；岛屿上降水水平向下倾斜渗入含水层，并向海洋排泄；由于岛屿四周淤泥包的阻挡，水流流向向上翻转，越过淤泥包顶端向海洋排泄，减小了淡水的排泄路径，加速了人工岛含水层中淡水的形成（见图2b）；由于淡水被淤泥包11阻隔在人工岛中心，中心位置处淡水的厚度大于岛屿两侧；当高度一定时，淤泥包11与海岸边的距离Lyc为人工岛长度La的48.2%时Lyc=0.482La，含水层4中咸水淡化的时间最短，淡水达到最大储量的时间最快；当淤泥包11的高度为含水层高度的30%Hy=0.3Ha，淤泥包11与海岸边的距离Lyc为人工岛长度La的33.5%时Lyc=0.335La，含水层4中淡水的体积可达到最大值。
由岛屿中心向四周单向回填，具体包括以下步骤：岛屿中心向四周单向回填，淤泥受到围堰的阻挡呈半堆状，此时淤泥包布于岛屿四周的海洋边界，并在边界处高度达到最大值（见图3a）；岛屿中心区域入渗的淡水水平向下倾斜向海洋排泄，排泄到海岸的过程中遇到淤泥包的阻挡，沿着淤泥包的坡面斜向上排入海洋（见图3b），对淡水达到最大储量所需时间影响较小；同时淤泥包挡住了海洋中海水向含水层中输送，并占据了含水层中盐水的位置，可使含水层（4）中的盐分明显减少；当淤泥包长度为人工岛长度La的11.1%Ly=0.111La，含水层中盐分含量最少；当淤泥包高度Hy为含水层厚度Ha的41.4%时Hy=0.414Ha，淤泥包长度Ly不大于为含水层厚度的11.13倍时Ly≤11.13Ha，淡水储量可达最大值。
控制淤泥包长度Ly的方法是通过抛石挤淤、开挖、强夯置换的方式改变淤泥的隆起位置；控制淤泥包高度Hy的方法是通过碎石置换或开挖去除超过设定高度的淤泥部分，进而控制淤泥包高度。
以青岛某人工岛作为分析对象，将岛屿潜水含水层概化为轴对称的二维垂直水文地质模型，模型长度设置为714m，含水层厚度设置为11m。根据监测的岛屿的水文地质参数，使用专业的地下水模拟软件feflow建构建数值模型，地下水流和溶质运移的过程由达西方程耦合对流弥散方程进行控制，预测岛屿上淡水储量及达到最大储量的时间。淤泥包的位于岛屿中心位置，其长度分别设置为100m、200m、300m、400m、600m，其高度分别设置为2m、3m、4m、6m、12m。不同淤泥包高度条件下，含水层中淡水储量随时间的变化见图4；不同淤泥包长度条件下，含水层中淡水储量及达到最大储量所需时间的关系见图5。
由图4可知，在淡水未达到最大储量时，含水层中由于淤泥包的存在，其淡水储量显著增大，淡水的形成速度可显著加快。当含水层中淤泥包的高度等于接近含水层高度时，最大淡水的形成时间可提前19.5%，而其淡水储量仅减少0.8%。说明合理布局淤泥包的高度对于加速形成淡水至关重要。
由图5可知，淤泥包长度的变化对地下淡水体积的影响比较显著，随着淤泥包长度的增大，其淡水资源储量在不断地减少，而其最大储量形成时间先减小后增大，并在淤泥包长度占填海长度的28%时，达到最大淡水储量时间最短。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、勘察人工岛填海海域（6），测量填海区海水深度Hs、海平面位置（7）、淤泥层的原始厚度Hy0，确定填海范围；在填海范围四周边界处修建围堰，围堰形成人工岛外围海岸（1）；向围堰内抛填填海材料，形成含水层（4）；对人工岛地基进行处理；向含水层上方回填土壤（3），形成人工岛地表（2）；
S2、在向围堰内海底抛填填海材料的过程中，原海底淤泥层受填海材料的推挤，其上部蠕动并向未抛填区域堆积形成淤泥包（11）；淤泥包位于含水层（4）的底部为淤泥层，淤泥包（11）与原淤泥层底部相连，与含水层接触的地方称为淤泥层上边界（10），淤泥层的底部称为淤泥层下边界（12），以淤泥层上边界（10）作为人工岛含水层（4）的隔水底板；淡水储存在含水层（4）中形成淡水透镜体，淡水透镜体下边界（9）位于海平面之下，淡水透镜体上边界（8）的最高点高于海平面；海平面与淤泥层上边界（10）的垂直距离作为含水层厚度Ha，从穿过岛屿中心向两侧海岸延申的直线距离作为人工岛长度La；
S3、计算在人工岛长度为La的情况下淡水透镜体最大厚度Hf，淡水透镜体最大厚度Hf等于含水层中储存淡水的淡水透镜体上边界（8）与淡水透镜体下边界（9）之间的垂直距离；淡水透镜体最大厚度Hf与填海材料及当地气象条件密切相关，其计算公式如下：
（式1）
式中：ρs是海水密度；ρf是淡水密度；K是填海材料的渗透系数；ω是降雨入渗系数；La是人工岛长度；
S4、计算淡水透镜体最大厚度与含水层厚度之间的关系；淡水透镜体的最大厚度与含水层厚度之间的关系，包括当含水层厚度Ha不小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha≥1.5Hf，以及当人工岛含水层厚度Ha小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha＜1.5Hf；
当人工岛含水层厚度Ha不小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha≥1.5Hf时，淤泥包分布对淡水形成影响较小，可根据现场需要选择的回填顺序及淤泥包的分布；当人工岛含水层厚度Ha小于淡水透镜体最大厚度Hf的1.5倍Ha＜1.5Hf时，在不同回填顺序条件下对淤泥包的布局进行设置；
S5、人工岛的回填顺序包括三种情况，第一种是由岛屿四周围堰向岛屿中心单向回填，最终形成堆状淤泥包；第二种是由岛屿四周和岛屿中心双向回填，形成长条状淤泥包；第三种是由岛屿中心向四周单向回填，形成长条形的半堆状淤泥包；
由岛屿四周围堰向岛屿中心单向回填，具体包括以下步骤：填海材料从围堰处向海岛中心推挤原海底沉积淤泥层，淤泥包高度Hy从岛屿四周向中心方向逐渐增厚，堆积成圆锥状；填海过程中通过钻孔确定填海材料及淤泥层的分布范围；当淤泥包（11）位于人工岛中央时，岛屿中心区域淡水向下入渗的路径被淤泥包（11）阻挡，并急剧转向海洋方向；同时，淤泥包（11）分布在含水层（4）的中间，淡水无法渗透进入淤泥包（11）内部，大量淡水积聚在含水层（4）的两侧，故含水层（4）中间淡水深度小于含水层（4）的两侧；淤泥包高度Hy与含水层高度Ha相等Hy=Ha时，淤泥包长度Ly为人工岛长度La的28%时Ly=0.28La，含水层中咸水淡化的时间最短，淡水达到最大储量的所需时间最快；当淤泥包长度Ly为人工岛长度La的18%时Ly=0.18La，岛屿中淡水储量可达到最大值；
由岛屿四周和岛屿中心双向回填，具体包括以下步骤：当填海顺序为同时从中心向四周、从四周向中心双向回填时，淤泥包呈环状分布于岛屿四周；岛屿上降水水平向下倾斜渗入含水层，并向海洋排泄；由于岛屿四周淤泥包的阻挡，水流流向向上翻转，越过淤泥包顶端向海洋排泄；由于淡水被淤泥包（11）阻隔在人工岛中心，中心位置处淡水的厚度大于岛屿两侧；当高度一定时，淤泥包（11）与海岸边的距离Lyc为人工岛长度La的48.2%时Lyc=0.482La，含水层（4）中咸水淡化的时间最短，淡水达到最大储量的时间最快；当淤泥包（11）的高度为含水层高度的30%Hy=0.3Ha，淤泥包（11）与海岸边的距离Lyc为人工岛长度La的33.5%时Lyc=0.335La，含水层（4）中淡水的体积可达到最大值；
由岛屿中心向四周单向回填，具体包括以下步骤：岛屿中心向四周单向回填，淤泥受到围堰的阻挡呈半堆状，此时淤泥包布于岛屿四周的海洋边界，并在边界处高度达到最大值；岛屿中心区域入渗的淡水水平向下倾斜向海洋排泄，排泄到海岸的过程中遇到淤泥包的阻挡，沿着淤泥包的坡面斜向上排入海洋，对淡水达到最大储量所需时间影响小；同时淤泥包挡住了海洋中海水向含水层中输送，并占据了含水层中盐水的位置，可使含水层（4）中的盐分减少；当淤泥包长度为人工岛长度La的11.1%Ly=0.111La，含水层中盐分含量最少；当淤泥包高度Hy为含水层厚度Ha的41.4%时Hy=0.414Ha，淤泥包长度Ly不大于为含水层厚度的11.13倍时Ly≤11.13Ha，淡水储量可达最大值。
2.根据权利要求1所述的一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，其特征在于，所述围堰的软土地基采用抛石挤淤法、碎石换填法或碎石桩法。
3.根据权利要求1所述的一种人工岛考虑地下淡水储存的淤泥包布局方法，其特征在于，控制淤泥包长度Ly的方法是通过抛石挤淤、开挖、强夯置换的方式改变淤泥的隆起位置；控制淤泥包高度Hy的方法是通过碎石置换或开挖去除超过设定高度的淤泥部分，进而控制淤泥包高度。
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Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB801961A (en) * | 1956-04-24 | 1958-09-24 | Krekel Karch | Erosion and flood control and land reclamation |
| JPS6145010A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-04 | Setsuji Umezaki | 埋立地の造成方法 |
| US4735524A (en) * | 1986-07-08 | 1988-04-05 | Dunkers Karl R | Method and plant for storing fresh water |
| JPH08113936A (ja) * | 1994-10-14 | 1996-05-07 | Ohbayashi Corp | 人工島及び人工島の築造方法 |
| JP2001159116A (ja) * | 2000-12-27 | 2001-06-12 | Toa Harbor Works Co Ltd | 埋立地の施工管理方法 |
| US6830411B1 (en) * | 2003-11-18 | 2004-12-14 | Dominick Amari | Artificial island and method of construction thereof |
| JP2005000001A (ja) * | 2003-04-16 | 2005-01-06 | Kudo Kensetsu Kk | 人工地層 |
| CN102345300A (zh) * | 2011-07-12 | 2012-02-08 | 中交四航工程研究院有限公司 | 海岸及人工岛地下结构建造方法 |
| CN106503463A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-15 | 天津大学 | 模拟海平面上升情况下海水入侵内陆边界的处理方法 |
| KR20170088645A (ko) * | 2016-01-25 | 2017-08-02 | 주식회사 비씨엠피 | 섬지역의 지하 공간을 활용한 수자원 관리 장치 |
| CN108086308A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-29 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 填海区局部暗埋淤泥包上冲孔灌注桩的施工方法 |
| CN108999180A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-14 | 北京理工北阳爆破工程技术有限责任公司 | 一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法 |
| CN109137943A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-04 | 中交上海航道局有限公司 | 一种围填海的土方填筑施工工艺 |
| CN111287146A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-06-16 | 河海大学 | 一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法 |
| CN111335290A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-26 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 适用于淤泥质地基的海上人工岛结构及施工方法 |
| WO2020214090A1 (en) * | 2019-04-15 | 2020-10-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Submersible device for sediment accumulation |
| CN212026102U (zh) * | 2020-03-05 | 2020-11-27 | 浙江省水利水电勘测设计院 | 珊瑚岛地下淡水水库 |
| CA3141832A1 (en) * | 2018-08-03 | 2020-12-03 | Civ-Con Products & Solutions, Llc | Underground stormwater storage system |
| CN113481963A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-08 | 中交第三航务工程勘察设计院有限公司 | 一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法 |
| CN116219960A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-06-06 | 上海港湾基础建设（集团）股份有限公司 | 一种绿色筑岛工艺 |
-
2023
- 2023-10-11 CN CN202311313681.2A patent/CN117344692B/zh active Active
Patent Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB801961A (en) * | 1956-04-24 | 1958-09-24 | Krekel Karch | Erosion and flood control and land reclamation |
| JPS6145010A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-04 | Setsuji Umezaki | 埋立地の造成方法 |
| US4735524A (en) * | 1986-07-08 | 1988-04-05 | Dunkers Karl R | Method and plant for storing fresh water |
| JPH08113936A (ja) * | 1994-10-14 | 1996-05-07 | Ohbayashi Corp | 人工島及び人工島の築造方法 |
| JP2001159116A (ja) * | 2000-12-27 | 2001-06-12 | Toa Harbor Works Co Ltd | 埋立地の施工管理方法 |
| JP2005000001A (ja) * | 2003-04-16 | 2005-01-06 | Kudo Kensetsu Kk | 人工地層 |
| US6830411B1 (en) * | 2003-11-18 | 2004-12-14 | Dominick Amari | Artificial island and method of construction thereof |
| CN102345300A (zh) * | 2011-07-12 | 2012-02-08 | 中交四航工程研究院有限公司 | 海岸及人工岛地下结构建造方法 |
| KR20170088645A (ko) * | 2016-01-25 | 2017-08-02 | 주식회사 비씨엠피 | 섬지역의 지하 공간을 활용한 수자원 관리 장치 |
| CN106503463A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-15 | 天津大学 | 模拟海平面上升情况下海水入侵内陆边界的处理方法 |
| CN108086308A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-29 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 填海区局部暗埋淤泥包上冲孔灌注桩的施工方法 |
| CA3141832A1 (en) * | 2018-08-03 | 2020-12-03 | Civ-Con Products & Solutions, Llc | Underground stormwater storage system |
| CN108999180A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-14 | 北京理工北阳爆破工程技术有限责任公司 | 一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法 |
| CN109137943A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-04 | 中交上海航道局有限公司 | 一种围填海的土方填筑施工工艺 |
| WO2020214090A1 (en) * | 2019-04-15 | 2020-10-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Submersible device for sediment accumulation |
| CN111287146A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-06-16 | 河海大学 | 一种增加淡水储量的人工双域海岛的施工方法 |
| CN111335290A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-26 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 适用于淤泥质地基的海上人工岛结构及施工方法 |
| CN212026102U (zh) * | 2020-03-05 | 2020-11-27 | 浙江省水利水电勘测设计院 | 珊瑚岛地下淡水水库 |
| CN113481963A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-08 | 中交第三航务工程勘察设计院有限公司 | 一种基于动态设计的深厚淤泥基地抛石挤於海堤协同施工方法 |
| CN116219960A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-06-06 | 上海港湾基础建设（集团）股份有限公司 | 一种绿色筑岛工艺 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Spatiotemporal changes in meiofaunal composition on soft substrates in the semi-enclosed inner section of the northern Yatsushiro Sea;Shimanaga, M et al;JOURNAL OF OCEANOGRAPHY;20150415;177-186 * |
| 南海珊瑚礁人工岛淡水透镜体形成过程及影响因素;韩冬梅;曹国亮;宋献方;;地理学报;20200525(05);167-178 * |
| 某人工珊瑚礁岛淡水潜水面形成过程研究;朱旭;中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）-工程科技Ⅱ辑;20190915;全文 * |
| 爆破挤淤处理深厚淤泥在蚂蚁岛造船厂围堤项目中的应用;刘永强等;船海工程;20131025;204-207 * |
| 现代黄河三角洲冲淤演变规律与遥感应用研究;褚忠信;中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）-基础科学;20031215;全文 * |
| 非粘性土地基含淤泥包和夹层淤泥处理技术的分析;秦志光;鲍胜国;;工程勘察;20110501(05);19-21 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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