申请/专利权人：中国海洋大学

申请日：2023-10-11

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN117344692B

主分类号：E02B3/18

分类号：E02B3/18;E02D19/04;E02D15/00;E02D15/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2024.01.23#实质审查的生效;2024.01.05#公开

摘要：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。

主权项：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。

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