滨海地下咸水分布动态特征与治理可行性研究

作     者：黄翠 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑西来

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：咸水分布 水敏感性 粘粒释放 咸水治理 

摘      要：淡水和咸水是可混溶的流体,由于流体动力弥散作用,它们之间的接触带以混合水的过渡带形式出现,即咸-淡水过渡带。在滨海的水文地质条件下,自然变化和人为因素都会影响咸淡水过渡带的分布和形态,从而决定了地下咸水在含水介质中的分布动态特征。由于过量开采地下水,海咸水入侵已经成为滨海地区的一种严重地质灾害现象,很多地区也采取了相应的治理措施。因此深入研究地下咸水分布动态特征与治理的可行性,对于合理开发、利用地下水资源以及咸水入侵的预测和防治都具有非常重要的理论意义和实用价值。 本文在现场水文地质调查的基础上,测定了研究区(青岛市大沽河下游)含水介质、水样理化性质及组成。通过在土柱和砂槽中进行的降雨模拟试验,分析降雨强度和降雨方式对不同盐浓度的咸水分布动态特征的影响;通过盐度突变和盐度渐变的咸淡水驱替砂槽试验,研究了咸淡水趋替过程中的水敏感性现象,深入探讨了含水介质渗透性变化的机理及规律;采用土柱和砂槽试验,研究了渗流速度、注入水盐浓度和不同治理方式对地下咸水的治理效果的影响,分析了在各种因素影响下,进行咸水治理的可行性。通过上述一系列研究,得出了以下一些认识和结论,主要包括: (1)降雨强度对位于上层的含水介质盐浓度影响较大,停止降雨后,上层含水介质盐浓度由于分子扩散作用会有所回升,在暴雨强度下,含水介质上层盐浓度的回升幅度较大;降雨方式对含水介质盐浓度的变化趋势没有影响,只对其变化速率和变化幅度有影响;含水介质初始盐浓度越低,其盐浓度的变化所受降雨的影响越大。 (2)在咸淡水驱替过程中,盐度突变过程和盐度渐变过程渗透性变化的机制不同。盐度突变过程中渗透性急剧降低,主要是因颗粒释放导致相邻孔隙的连接通道发生阻塞、中断引起的;而盐度渐变过程中渗透性降低,主要可能是含量较少的反应性粘土矿物(如蒙脱石)体积增大,从而导致孔隙有效横截面积的减小的结果。 (3)含水介质渗透性变化具有明显的非均质性,即位于距入水处不同水平距离以及不同高度处的含水介质,其渗透性变化规律有所不同。 (4)注淡驱咸时,通入淡水后,渗流速度越大,粘粒越容易从孔隙壁上脱落而发生释放,粘粒释放量也随之增大,使得含水介质的渗透性下降幅度也越大。注入溶液盐浓度越低以及注入溶液盐浓度递减梯度越大,粘粒越容易发生释放,含水介质渗透性的降幅越大。 (5)与采用完整井相比,采用不完整井对咸水进行恢复治理,含水介质渗透性的变化幅度较小。但同时盐浓度变化速率也明显减慢,治理所需时间较长。 (6)采用抽-注结合方案对地下咸水进行恢复治理时,含水介质渗流液盐浓度变化速率较快。同时由于水流流速较大,不利于释放粘粒的沉积,甚至可能使得原本堵塞的孔隙被再次冲开,从而使得其渗透性降幅比采用单一注水方案时略小。因此,采用抽-注结合方案,治理所需的时间短且对含水介质的渗透性的损害也较小,是较为理想的咸水恢复治理方案。