| Abstract |
Overwash is a major controlling factor in the morphology of the mixing zone of coastal aquifers. Conceptual models of the mixing zone describe an interface controlled by tidal oscillations, wave run-up, and other factors; however, few describe the influence of large storm events. In August 1993, Hatteras Island, North Carolina, USA, experienced a 3-m storm surge due to Hurricane Emily. Sound-side flooding infiltrated a wellfield, causing a dramatic increase in TDS levels that persisted for more than 3 years. Two-dimensional simulations with SUTRA, the USGS finite-element model, are calibrated to the TDS breakthrough data of this storm to infer model dispersivity values. Simulations using the calibrated dispersivity values, predicted flooding levels, and 54 years of hurricane records to determine the influence of the overwash events suggest that it is rare for the mixing zone to approximate the conceptual morphology. Even during quiescent periods such as between 1965 and 1975, TDS levels do not return to theoretical levels before being elevated by a subsequent storm event. Thus, while tidal oscillations and other factors are important to mixing zone development, basic wind events and more severe storm events may have more influence and lasting effect on the morphology of the mixing zone.La submersion par les vagues est un facteur principal qui contrôle la morphologie de la zone de mélange des aquifères côtiers. Les modèles conceptuels de la zone de mélange décrivent une interface contrôlée par les oscillations de la marée, le déferlement des vagues et d’autres facteurs; cependant, peu de modèle décrive l’influence des fortes tempêtes. En août 1993, une vague de 3 mètres a submergé l’île Hatteras, en Caroline du Nord aux Etats-Unis d’Amérique, lors du passage de l’ouragan Emily. Un forage a été submergé par la vague, provocant une augmentation considérable des concentrations en éléments totaux dissous (TDS), persistant plus de trois ans après l’événement. Des simulations en 2 dimensions réalisées à l’aide du modèle SUTRA, modèle à éléments finis du service géologique des Etats-Unis d’Amérique (USGS), ont permis de calibrer la courbe de restitution des éléments dissous liée à cette tempête et de déduire les valeurs de dispersivité du modèle. Les valeurs de dispersivité calibrées, les niveaux de submersion et les enregistrements de 54 ans des ouragans antérieurs sont utilisées dans les simulations afin de déterminer l’influence des événements de submersion par les vagues sur l’île. Les résultats suggèrent qu’il est rare que la zone de mélange simulée soit en cohérence avec sa morphologie définie selon le modèle conceptuel. A noter que même au cours des périodes d’accalmie, telles qu’au cours de la période 1965 à 1975, les niveaux de concentrations en éléments totaux dissous ne redescendent pas aux niveaux théoriques précédents les tempêtes exceptionnelles. Ainsi, alors que les oscillations de la marée et d’autres facteurs sont importants pour expliquer le développement de la zone de mélange, des vents normaux et plus sévères lors des tempêtes semblent avoir plus d’influence sur la morphologie de la zone de mélange, et d’autant plus d’une durée importante.El sobrelavado es un factor de control primordial de la morfología de la zona de mezcla en acuíferos costeros. Los modelos conceptuales de la zona de mezcla describen una interfase controlada por las oscilaciones de las mareas, los rolidos de las olas y otros factores; sin embargo, en pocas ocasiones se describe la influencia de los grandes eventos de tormentas. La Isla Hatteras, Carolina del Norte, USA, experimentó oleadas de 3 m provocadas por el Huracán Emily. Los anegamientos laterales resultantes se infiltraron en un campo de pozos, causando un espectacular incremento en los niveles de total de sólidos disueltos (TSD) que persistió por más de tres años. Las simulaciones bidimensionales con SUTRA, el modelo de elementos finitos del USGS, se calibraron con los datos de TSD de esta tormenta para inferir los valores de dispersividad del modelo. Las simulaciones usaron los valores calibrados de dispersividad, los niveles de inundación predichos, y los registros de huracanes durante 54 años para determinar el efecto de los eventos de sobrelavado sugieren que es raro que la zona de mezcla se aproxime a la morfología conceptual. Aún durante períodos de inactividad, tal como entre 1965 y 1975, los niveles de TSD no disminuyen a los valores teóricos antes de ser elevados por eventos de tormentas subsecuentes. De esa manera, mientras que las oscilaciones por mareas y otros factores son importantes para el desarrollo de la zona de mezcla, los efectos del viento y de las tormentas más severas podrían tener una mayor influencia y un más duradero efecto en la morfología de la zona de mezcla.O galgamento é um factor preponderante no controlo da morfologia da zona de mistura de aquíferos costeiros. Os modelos conceptuais da zona de mistura definem uma interface controlada pelas oscilações da maré, pela extensão vertical máxima atingida pelas ondas na praia em relação ao nível estático da água do mar e por outros factores. No entanto, são poucos os modelos que descrevem a influência de tempestades prolongadas. Em Agosto de 1993, na ilha de Hatteras (Carolina do Norte, EUA) ocorreu uma tempestade com ondulação de 3 m durante o Furacão Emily. Um efeito colateral desta inundação foi a infiltração num campo de captações, provocando um aumento considerável do TSD que persistiu por mais de três anos. Simulações numéricas 2D executadas com SUTRA (o código de elementos finitos do USGS) são calibradas com a base de dados dos tempos de chegada observados durante o temporal, para inferir os valores de dispersividade do modelo. As simulações numéricas que utilizam as dispersividades calibradas, níveis de inundação estimados, e 54 anos de registos de furacões, permitem determinar a influência dos eventos de galgamento, e sugerem que a zona de mistura raramente se assemelha à morfologia conceptual. Mesmo durante períodos de acalmia, nomeadamente de 1965 a 1975, o TSD não retorna aos níveis teóricos antes de voltar a subir devido a uma nova tempestade. Deste modo, enquanto as oscilações de maré e outros factores são importantes para o desenvolvimento das zonas de mistura, eventos básicos como o vento ou a ocorrência mais severa de tempestades importantes podem ter maiores e mais permanentes efeitos na morfologia da zona de mistura.越浪是滨海含水层混合带形态发育的主要控制因素.混合带概念模型描述了 —个为潮汐振荡、波浪爬高及其它因素所控制的界面, 但对大的风暴事件影响的描述很少. 1993年8月, 受台风艾米莉的影响, 美国北卡罗来纳州哈特拉斯岛经历了3米的风暴潮, 海湾洪流渗入某井区, 导致TDS值急剧升高, 持续时间达三年以上.根据这次风暴的TDS穿透数据, 应用美国地调局的有限元软件SUTRA进行二维模拟, 推断模型中的弥散系数。利用这—校正的弥散系数值, 以及预测淹没水位和54年的飓风记录进行模拟, 以确定越浪事件的影响.结果表明混合带的形态与概念模型极少吻合.即使在间歇期, 如1965至1975, TDS值在受接续风暴事件影响而被抬高之前也未回到理论值.因此, 潮汐振动和其它因素对混合带的发育具有重要作用, 而基本强风过程和强风暴事件对混合带形态的影响可能更大, 且更为持久. |
