淡水透镜体

在水文学中，所谓的淡水透镜体（freshwater lens），或所谓的盖本-赫兹堡透镜体（Ghyben-Herzberg lens），指的是浮在密度较高的咸水上的淡水地下水。这样的水体通常可见于小型珊瑚礁岛或石灰岩岛上。这样的含水层通常可透过从顶层土壤入渗（英语：Infiltration (hydrology)）、向下渗流到饱和层的雨水获得补充，而透镜体的补充率可透过以下公式得出：

岛屿淡水透镜体示意图。

$${\displaystyle R=p-ET}$$

在其中，${\displaystyle R}$指的是以米表示的补充率，${\displaystyle p}$是以米表示的降水量；而${\displaystyle ET}$则是以米表示的蒸散量。在补充率高的状况下，透镜体的水头较厚，而一个较厚的透镜体在干季中可维持自身存在；此外，较低的降雨量或较高的蒸散量，会减少水头厚度，进而产生较薄的透镜体。^[1]

淡水透镜体模型

代数模型

一个估计透镜体厚度的代数模型，由Bailey等人于2008年借由地下水模拟得出。这等式将透镜体厚度与岛屿几何形状、地质结构、补充率等地质跟气候因素做出连结。^[1]以下为该等式：

$${\displaystyle Z_{max}={\frac {Y+(Z_{td}-Y)R}{B+R}}\cdot KCT_{r,s,w,y,m}}$$

其中${\displaystyle Z_{max}}$为透镜体最大深度、${\displaystyle R}$为年补充率（单位为米）、${\displaystyle Y}$与${\displaystyle B}$为由岛屿宽度决定的参数、${\displaystyle Z_{td}}$为Thurber不连续面（上层含水层与下层含水层的分界）的深度、${\displaystyle K}$为上层含水层的水力传导度（英语：hydraulic conductivity）、${\displaystyle C}$为礁板块限制参数，而${\displaystyle T}$则为一个取决于长期降水模式的时间参数，其取决于区域、天气模式等各种因素。

古典巴敦·盖本-赫兹堡透镜体

许多环礁及与圆形小岛的淡水透镜体，其形态可以巴敦·盖本-赫兹堡透镜体（Badon Ghyben-Herzberg lens）描述。^[2]而其关系式由以下公式给出：

$${\displaystyle H=h\cdot {\frac {P_{f}}{P_{s}-P_{f}}}}$$

其中${\displaystyle H}$为透镜体在海平面下的深度、${\displaystyle P_{f}}$为淡水含水层密度、${\displaystyle P_{s}}$为咸水密度，而${\displaystyle h}$则为透镜体在海平面上的厚度。

干旱的影响

淡水透镜体的补充，仰赖其地下水含水层所得到的降雨量，且其厚度在干旱或者豪雨后可出现剧烈变化。美国地质调查局在1997/1998年马绍尔群岛干旱后做出的一篇报告指出，当地透镜体的厚度在干旱后显著减小。^[3]在水库因集水区连续数月的降雨不足而枯竭后，岛民抽取地下水的量增加，在干旱期间，岛民的饮用水有90%来自地下水。

为了测量含水层的水枯竭的状况，人们在11处地方凿了36口监测用并组成一个网络井。在1998年干旱结束时，在一些水井中量得的淡水透镜体的最大厚度大约为45英尺，而在其中一口井中测到的最小厚度为十八英尺。在之后的雨季中，一些透镜体的厚度增量达到八英尺，这表示说在环礁跟小岛上，淡水透镜体会因地下水抽取跟降雨补充而快速发生改变。

海平面上升的影响

许多有淡水透镜体的环礁，其海拔只有数米高，而这使得这些岛屿容易受到海平面上升的影响；然而，可以认为，对这些小岛更具压力的问题是海水倒灌对淡水含水层的侵扰。由于越来越多的饮用水盐度增加之故，这些小岛的岛民的水资源可能会大幅减少，而较小的岛屿在海水倒灌方面，有远远更大的风险，而这是因为淡水透镜体厚度与岛屿大小间呈现非线性关系之故。^[4]

海平面上升40公分就足以对淡水透镜体的形状及厚度造成剧烈影响，在这种状况下，淡水透镜体体积减幅可达50%，且这会导致汽水区的生成。在透镜体的厚度因干旱或海水倒灌而缩减时，咸水水舌会出现在淡水含水层底下，而即使有一整年的地下水补充，咸水水舌也未必会完全消失。海平面上升会因暴风涌浪生成的泻湖（英语：Coastal flooding）增加之故，而对淡水透镜体导致长久且可能无法修补的伤害，而这会使得很多岛屿因为失去饮用水资源之故而变得不宜居住。^[5]