滨海地区地下水动态受到含水层水文地质结构、内陆地下水补给、降雨入渗、咸淡水密度差异、海水水位波动等诸多因素的影响，而海潮是影响滨海地区地下水流动的主要因素之一。在滨海含水层中，地下水水头或潜水水位会随着潮汐水体(海洋或河)的水位波动而产生变化，即潮汐效应。这是自然界中普遍存在的一种现象。自Jacob[1950]给出了第一个描述潮汐在滨海单一承压含水层中传播的解析解后，水文地质学家们通过许多野外研究和理论分析，发展了滨海含水层中地下水流动和盐分分布等基本理论，所有的这些研究成果为解决滨海地区出现的环境、经济、生态和工程问题提供了有力的理论指导和技术支持。　　 在对滨海含水层水位波动的研究中，含水层临海边界条件和内陆补给条件的确定显得尤为重要。前人所做的关于海潮引起滨海含水层水位波动的解析研究，大都假设海水与地下水有直接的水力联系。然而在实际的滨海含水层系统中，在潮间带以下较深处，由于波浪微弱，细粒粉砂、粘土以及有机质碎屑等在这样的缺氧环境中会逐渐沉积形成海底淤泥，导致含水层在海底通常被一层由渗透性较差的物质(如淤泥和细粉砂)形成的倾斜或几乎水平的淤泥层覆盖，从而使得滨海含水层中地下水与海水之间没有直接的水力联系。海底淤泥覆盖层作为一种重要的临海边界，对含水层中的水位波动具有非常重要的影响。虽然近几年来已有学者对具有淤泥覆盖层的承压、半承压的滨海含水层系统进行了研究，但所做的研究都是在基于淤泥层是完全水平或者完全垂直地覆盖含水层海底露头的条件下进行的。对具有任意倾斜角度的淤泥覆盖层，尚无学者进行过相关研究。本文首次定量研究了这种情况。　　 我们建立了一个更一般的滨海含水层系统模型。该含水层系统在海底延伸部分的露头被一层倾斜的淤泥层覆盖，模型同时考虑了海底露头处淤泥层的渗透性、厚度和倾斜角度、海底延伸部分受到的潮汐荷载和含水层中的垂向流等因素，忽略了淤泥覆盖层的弹性储水效应以及海水和地下淡水之间的密度差异；在内陆部分，该含水层系统由上层的潜水含水层、下层的承压含水层及夹在它们之间的弱透层组成，而且考虑了潜水含水层从地表获得的降雨入渗补给。我们仿照Michael et al.，[2005]一文对季节性内陆地下水补给的描述方法，将补给项分为两个部分：一部分是与时间无关的年平均补给；另一部分是由季节性降雨引起的周期性补给。模型也考虑了潜水含水层中地下水的波动及其通过弱透层对承压含水层的越流补给。所研究的系统模型中地下水流动的动力来源有两类：一类是含水层在海底延伸部分受到的潮汐荷载以及含水层地下水和海水之间通过海底淤泥层的水力联系，另一类是含水层在内陆部分获得的降雨入渗补给。根据这两类动力源，我们利用模型的线性性质以及线性模型所特有的叠加原理，将模型分裂为两类子模型：第一类模型只考虑内陆降雨入渗补给而不考虑海潮波动(海潮波动幅度为零)，我们将其称为“内陆补给及其海底排泄模型”；第二类模型只考虑海潮波动而不考虑内陆补给(内陆补给为零)，将其称为“滨海含水层系统的潮汐效应模型”。本文用解析方法研究了第一类模型，用数值方法研究了第二类模型。　　 为求出内陆补给及其海底排泄模型的解析解，我们将此模型进行了一定程度上的简化，简化后的含水层系统在海底无延伸(潜水含水层、弱透层和承压含水层均终止于海岸线)，忽略了弱透层的弹性储水效应，潜水含水层和承压含水层中地下水为一维水平流，考虑了潜水含水层中地下水通过弱透层向承压含水层的越流。我们利用解析法对简化后的模型进行了求解，得到了潜水含水层水位和承压含水层水头的解析表达式，并利用得到的解析解分析了弱透层的单位越流系数(即弱透层水力传导系数和厚度之比)和内陆入渗补给量对潜水含水层的水位、承压含水层的水头以及地下水海底排泄量的影响，得到如下主要结论：　　 (1)当内陆补给为常数补给时：含水层系统中的地下水为稳定流，且潜水含水层的水位随着弱透层越流系数的增大而减小，而承压含水层的水头随越流系数的增大而增大；地下水单位时间内通过海底的排泄量为常数，且通过承压含水层的海底地下水排泄量随弱透层单位越流系数的增加而增大。通过潜水和承压含水层的排泄量之和总是等于地表降雨入渗量。　　 (2)当内陆补给为周期性补给时：含水层系统中的地下水为周期性非稳定流，且波动相对于入渗补给有一定时间的滞后；潜水含水层水位波动的波幅随着弱透层越流系数的增大而减小，而承压含水层水头波动的波幅随着越流系数的增大而增大；地下水在单位时间内通过海底的排泄量为时间的周期性函数，而且排泄相对于周期性补给也具有一定时间的滞后，潜水含水层中地下水单位时间内的排泄量的波幅随着弱透层越流系数的增大而减小，而承压含水层中地下水单位时间内的排泄量的波幅随着弱透层越流系数的增大而增大。主要研究方法、内容及结果总结如下：　　 首先，我们通过复傅里叶变换，将与时间有关的实数学模型转化为等价的、但是与时间无关的复数学模型。这种模型之间的等价转换使得模型化简了许多，主要表现在使模型的参数个数由原来的九个(承压含水层的厚度、水力传导系数和储水率；淤泥覆盖层的厚度、倾斜角度和水力传导系数；海潮波动的波幅和频率；潮汐荷载效应等)减少到了五个：承压含水层的厚度、潮汐传播系数(也称为波数，为海潮波动频率、承压含水层水力传导系数和储水率的组合)、潮汐荷载效应、淤泥覆盖层的倾斜角、以及淤泥覆盖层的无量纲越流(为淤泥覆盖层的水力传导系数和厚度、海潮波动频率、承压含水层水力传导系数和储水率的组合)，而且这五个参数是相互独立的。模型参数个数的减少对提高数值计算的效率、增强数值模拟的准确性、方便模型分析等都有很大的好处。我们以标准的迦辽金三角形有限单元法对这种傅里叶变换进行了验证。数值计算表明，与处理周期性地下水流问题的常见数值模拟方法相比，本文所用的方法有如下优点和特点：　　 (1)计算量小，精度高。处理周期性地下水流问题时，通常的数值方法是，将其看成一个一般的与时间有关的问题，没有充分利用水位关于时间的周期性这个便利条件。在数值求解过程中，需要对时间进行差分离散，同时还需给出模型的近似初始条件(精确的初始条件事先无法知道)。为了得到近似的周期解，初始条件所含有的近似误差要花费很长的计算时间才能衰减到可以忽略的程度。而本文采用的方法由于与时间无关，因此不需要模型的初始条件，只需对空间变量进行离散。在数值求解时，对空间变量的离散方程只需要求解一次。　　 (2)有一定的统一性、适用性。我们的方法适用于各种类型的周期性的线性地下水模型的求解。在数值模拟计算时，边界条件的正确处理非常重要。我们发现，在淤泥层和含水层交界面上采用第三类边界条件能够正确地描述海水和含水层孔隙水之间通过淤泥层的越流。在我们所开发的数值计算Fortran程序中，我们用第三类边界条件统一了第一、二和三类边界条件。当第三类边界条件中的水头(水位)的系数取得充分大时(例如：1050)，在数值计算所允许的误差范围内，该边界条件就变为了第一类(Dirichlet)边界条件(水头给定的边界条件)，反之，当该系数取绝对值足够小的值时(例如：10-50)，就变为第二类齐次边界条件(无补给或者隔水边界条件)。　　 我们根据所研究的系统中地下水流动的动力来源，首先分别对含水层只受单位潮汐荷载作用和只受淤泥覆盖层越流所造成的地下水流动的波幅和相位分别进行了数值模拟，并得出如下结论：　　 (1)当含水层在海底延伸部分只受单位潮汐荷载作用，而淤泥覆盖层为隔水边界时，含水层中地下水水头的波动会随着潮汐传播系数的增大而增强，而且地下水水头波动与海潮波动相比要有时间提前(或者称为负相位)，即水头波动的波峰看上去要比海潮波峰提前一段时间(当然总是小于海潮周期的一半)发生。潮汐传播系数越小，提前的时间就越长。在海岸线处(倾斜沙滩表面与平均海平面的交界线)，对于全日潮来说，最多能有2.7小时的提前。由于地下水水位波动相对于海潮波动的相位总是随着内陆离海岸线距离的增加而增加，而海岸线处为负相位，因此，含水层内陆部分一定存在一个地方，在此位置地下水水头的波动与海水波动同步(零相位)。　　 (2)当含水层在海底延伸露头淤泥层中只存在越流，而不受潮汐荷载作用时，地下水的波动会随着潮汐传播系数的增大而减弱，而且与海潮波动相比有时间滞后，潮汐传播系数越小，滞后的时间就越少。在海岸线处，对于全日潮来说，最多可以有6.3小时的滞后。沿内陆向离海岸线越远，滞后的时间就越大。　　 当潮汐荷载和淤泥覆盖层越流共同作用时，数值模拟有如下结论：　　 通常情况下，含水层水流在海岸线附近会产生较为复杂的、具有明显垂向分量的二维流。对于水动力扩散系数较大的含水层，当淤泥层的倾斜角度较大或越流系数较大时，潮汐荷载效应对水头波动的影响相对较弱，此时通过淤泥层的越流起主导作用。这种情况下，可直接应用前人所得的解析解(例如：Li et al.，[2007](Water Resources Research，2007，43(3)，W03404，doi：10.1029/2005WR004724.)来描述海潮引起的水头波动。对于水动力扩散系数较小的含水层，当淤泥层的倾斜角度较小且越流系数很小时，淤泥层可被看作近似隔水的边界，在这种情况下，潮汐荷载效应对水头波动起主导作用，从而水头波动在海岸线附近可能出现负相位(时间提前现象)。