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海州湾弱透水层孔隙水的化学特征与盐分演变

地球科学 2024年第3期49卷 939-951页

作者：李静朱佳俊梁杏刘彦江欣悦杜永昌中国地质大学环境学院湖北武汉430078 江苏省地质调查研究院江苏南京210018 自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室江苏南京210018

为查明海岸带弱透水层孔隙水的盐分来源与演变机制,在连云港海州湾钻探采集了4个钻孔的粘性土柱,采用压榨法采集孔隙水,测定了孔隙水化学-同位素组分,建立了二维剖面孔隙水全新世以来的溶质运移数值模型.由陆向海孔隙水的总溶解固体由0.... 详细信息

为查明海岸带弱透水层孔隙水的盐分来源与演变机制,在连云港海州湾钻探采集了4个钻孔的粘性土柱,采用压榨法采集孔隙水,测定了孔隙水化学-同位素组分,建立了二维剖面孔隙水全新世以来的溶质运移数值模型.由陆向海孔隙水的总溶解固体由0.9增加到41.4 g/L,垂向上浅层高、深层低.孔隙水Cl/Br比为170~533(均值267),^(87)Sr/^(86)Sr比值为0.7093~0.7116,Cl^(-)与δ^(18)O呈正相关关系,表明孔隙咸水为海相成因,同时还受到硅酸盐矿物风化和阳离子交换作用影响.全新世弱透水层孔隙水为10~5 ka BP海侵时期的古海水,向下入渗造成更新世孔隙水咸化.4 ka BP海退后,孔隙水接受淡水补给,但古海水并未被完全驱替.近海岸处孔隙水受持续蒸发影响而形成盐水.数值模拟表明海侵-海退事件是控制弱透水层孔隙水盐分演变的主要因素,海侵时海水以“指状”模式向下入侵,造成了咸淡水的不均匀分布.

关键词：弱透水层孔隙水盐分演化运移连云港水化学环境地质

考虑移动非达西流界面的弱透水层释水固结模型

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地球科学 2023年第9期48卷 3494-3503页

作者：赵月春王全荣中国地质大学环境学院湖北武汉430078

弱透水层中渗透流速慢,不利于监测其释水过程,于是常借助固结模型来综合评价地面沉降的演化过程.然而,传统的固结模型假定弱透水层中的渗流规律满足达西定律,可能与实际不符合.为此,本研究建立了考虑移动非达西流界面的固结模型,并采用... 详细信息

弱透水层中渗透流速慢,不利于监测其释水过程,于是常借助固结模型来综合评价地面沉降的演化过程.然而,传统的固结模型假定弱透水层中的渗流规律满足达西定律,可能与实际不符合.为此,本研究建立了考虑移动非达西流界面的固结模型,并采用有限差分法建立了该模型的数值解.其中,假设渗透系数与孔隙比都是应力的函数.通过与现有模型和室内实验数据的对比,验证了本研究模型的可靠性.结果表明新模型能更精确地模拟水位瞬时下降诱发的弱透水层固结过程.考虑移动非达西流界面的固结模型会延缓超孔隙水压力的消散过程,但不影响孔隙水压力的总消散量和总沉降量.考虑渗透系数衰减的固结模型,其孔隙水压力的消散与沉降量达到稳定的时间明显延长,且变渗透系数延缓了移动界面达到稳定的时间、致使移动界面稳定位置上移.

关键词：地面沉降弱透水层固结非达西流水文地质环境工程

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珠江三角洲弱透水层孔隙水水化学及运移模拟

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2023年第1期62卷 44-56页

作者：王炜强王亚匡星星张澄博章桂芳中山大学地球科学与工程学院/广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 南方科技大学环境科学与工程学院广东深圳518055

珠江三角洲第四纪弱透水层上覆于底部承压含水层之上,其水文地球化学演化过程对底部含水层有决定性影响。为认识珠江三角洲弱透水层孔隙水的形成及演化,本文对中山市民众镇ZK01钻孔黏性土孔隙水化学特征、水文地球化学参数、矿物饱和指... 详细信息

珠江三角洲第四纪弱透水层上覆于底部承压含水层之上,其水文地球化学演化过程对底部含水层有决定性影响。为认识珠江三角洲弱透水层孔隙水的形成及演化,本文对中山市民众镇ZK01钻孔黏性土孔隙水化学特征、水文地球化学参数、矿物饱和指数等进行了分析,结果显示孔隙水盐度较高,TDS=4.42~30.47 g/L。孔隙水水化学类型为Cl^(-)Na型,与海水类型一致,且主要水化学组分具有浓度随深度增加而上升的趋势。Cl/Br、γ(Na/Cl)系数和Gibbs分析显示孔隙水具有海水起源的特征,地下水盐度很可能来源于全新世海水。SO_(4)^(2-)主要受黏性土中硫酸根还原作用的控制,而不受石膏沉淀作用的影响。浅层孔隙水中Ca^(2+)、Na^(+)在孔隙水演化过程中受到阳离子交替吸附作用影响,表现为Na^(+)的亏损和Ca^(2+)的富集。NH_(4)^(+)主要与Mg^(2+)发生交换作用,致使孔隙水中NH_(4)^(+)增加。K^(+)在孔隙水演化过程中受混合作用和吸附作用控制,表现出衰减特征。结合14C测年数据,在考虑沉积环境、沉积过程与沉积速率的基础上,以水文地球化学模拟软件PHREEQC构建了弱透水层Cl^(-)一维溶质运移模型,模拟结果表明该区域弱透水层中存在垂向上的扩散作用,垂向对流速度十分缓慢,弱透水层的有效扩散系数约为6.0×10^(-11)m^(2)/s。

关键词：珠江三角洲弱透水层孔隙水化学溶质运移

江苏滨海平原弱透水层封存的古咸水及其运移过程

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地质科技通报 2022年第1期41卷 90-98页

作者：李静张亚年梁杏刘彦中国地质大学(武汉)环境学院武汉430078 水利部长江勘测技术研究所武汉430011 江苏省地质调查研究院自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室南京210018

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水,其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变,却得到甚少关注。采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品,压榨法收集孔隙水。利用孔隙水天然示踪剂ρ(Cl^(-)),ρ(Br^(-))剖面和数值模... 详细信息

滨海平原弱透水层广布且多赋存古咸水,其盐度分布及运移过程深刻影响着含水层地下水的演变,却得到甚少关注。采集了江苏滨海区7个浅层钻孔弱透水层原状样品,压榨法收集孔隙水。利用孔隙水天然示踪剂ρ(Cl^(-)),ρ(Br^(-))剖面和数值模拟分析了弱透水层孔隙水盐度特征和运移机制。得出浅层孔隙水ρ(Cl^(-))垂向剖面存在2个趋势:①峰值在表层,沿深度逐渐下降;②峰值在深度25m左右,向两端浓度降低。孔隙水ρ(Cl^(-))为486.2~38036.7 mg/L,Cl/Br比值为72~360(均值241)。ρ(Cl^(-))与Cl/Br比值关系及剖面分布说明孔隙咸水为海相成因,来自于全新世海侵时期的古海水,并受到后期淡水的稀释。弱透水层孔隙水一维垂向运移数值模型表明海侵-海退事件控制了海岸带弱透水层孔隙水的盐度演变,全新世古海水仍封存在沉积物中,更新世时期的海水已被驱替。孔隙水运移以扩散为主,垂向运移速率为0.43~15.8 mm/Ma。在相对高渗透性的粉砂地层中,可能还受到侧向对流的影响。弱透水层中古海咸水的重新分布,尤其在地下水超采条件下,可能成为地下水的重要咸化来源。

关键词：弱透水层孔隙水滨海平原咸化运移

长江河口地区全新世以来的弱透水层孔隙水地球化学特征及成因分析

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地球学报 2023年第6期44卷 1063-1075页

作者：苟富刚龚绪龙江苏省地质调查研究院自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室江苏南京210049

弱透水层孔隙水反映了土体沉积时的原始溶液,对于古气候重建具有重大作用。为了解析长江河口地区全新世以来弱透水层孔隙水的补给及其盐分来源,采集易溶盐、土工、潜水、近岸海水等样品。采用易溶盐指标结合土工指标(含水率、湿密度、比... 详细信息

弱透水层孔隙水反映了土体沉积时的原始溶液,对于古气候重建具有重大作用。为了解析长江河口地区全新世以来弱透水层孔隙水的补给及其盐分来源,采集易溶盐、土工、潜水、近岸海水等样品。采用易溶盐指标结合土工指标(含水率、湿密度、比重)获取了研究区弱透水层孔隙水的水化学特征。采用二端元法、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法等解析了孔隙水的补给及其盐分来源。结果表明:孔隙水矿化度介于1.16~32.79 g/L,平均值为10.68 g/L,盐水占比最高,其次为咸水和微咸水。孔隙水类型以Cl-Na型(85.6%)为主,其次从高到低依次为Cl-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca·Na、HCO_(3)-Ca、Cl-Ca型。当地潜水类型为HCO_(3)-Ca型,深层孔隙类型为Cl-Na型,说明深层孔隙水保留了土体沉积时的环境信息。中层与浅层孔隙水受到了大气降水补给、人类活动、蒸发作用等表层作用影响,孔隙水水化学数据较为离散。孔隙水的δ^(18)O与δD数据说明孔隙水样点受到了海水混合作用与蒸发作用的叠加影响,蒸发作用较为强烈。孔隙水海水补给比例介于30.2%~87.0%,大气降水补给比例介于13.0%~69.8%。土体中的盐分主要来自全新世海侵(海源)与蒸发盐岩溶解、长石风化溶解(地壳源)。海水补给深层孔隙水盐分的比例约为37%,其余盐分主要来自地壳源。

关键词：弱透水层易溶盐孔隙水盐分来源水化学同位素

弱透水层低速非达西流咸水下移过程的模拟研究

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水利学报 2014年第7期45卷 875-882页

作者：崔莉红成建梅路万里李敏敏中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

弱透水层以黏性土为主,其渗流通常表现出低速非达西特性。开采条件下,弱透水层中咸水下移问题是典型的渗流-固结-溶质运移耦合问题。本文以华北平原典型的"上咸下淡"含水层系统为研究对象,采用修正的多场耦合模型,研究了弱透水层中非达... 详细信息

弱透水层以黏性土为主,其渗流通常表现出低速非达西特性。开采条件下,弱透水层中咸水下移问题是典型的渗流-固结-溶质运移耦合问题。本文以华北平原典型的"上咸下淡"含水层系统为研究对象,采用修正的多场耦合模型,研究了弱透水层中非达西渗流固结过程对咸水下移的影响。研究结果表明,非达西渗流不仅增加了黏性土层的固结时间,而且,在一定程度上,减缓了咸水下移速度。同时,非达西渗流条件下流速具有削峰拖尾特征,天然水力梯度越大,拖尾越不明显,而削峰始终存在。咸水下移前期,不考虑固结过程时其运移速度更快,而在中后期,情况相反。阻滞因子决定了弱透水层渗流固结过程对咸水下移的影响程度。

关键词：弱透水层非达西渗流渗透固结数值模拟咸水下移

承压水位变化下上覆弱透水层二维黏弹性固结解析研究

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承压水位变化下上覆弱透水层二维黏弹性固结解析研究

作者：朱国强烟台大学

学位级别：硕士

地下水资源的过度开采会造成土层内的水位发生变化,进而导致土体中的有效应力变化,土层发生压缩固结,这是引发区域性的地面沉降的重要因素。地面沉降是一种发展时间长且影响区域广的环境地质灾害,这种现象为我国经济的高质量发展带来了... 详细信息

地下水资源的过度开采会造成土层内的水位发生变化,进而导致土体中的有效应力变化,土层发生压缩固结,这是引发区域性的地面沉降的重要因素。地面沉降是一种发展时间长且影响区域广的环境地质灾害,这种现象为我国经济的高质量发展带来了较大的不利影响。目前,水位变化引发固结沉降的解析研究主要集中在一维固结的情况,多维固结的情况中,数值方法使用较多,且对导致地面沉降长期发展土体流变性因素考虑较少。鉴于此,为更加高效准确的评估和预测承压水位变化时弱透水层的沉降情况,本文结合Terzaghi-Rendulic二维固结理论与水位变化下弱透水层的定解条件,建立弱透水层二维固结的数学模型,并使用Merchant流变模型模拟弱透水层固结时的蠕变、应力松弛、滞后效应等流变学特性,然后采用积分变换与逆变换的方法得到固结模型在真实物理域内的半解析解。本文将进行以下研究工作:（1）结合Terzaghi-Rendulic二维固结方程与弱透水层在承压含水层水位发生变化时的初始条件和边界条件,建立单层弱透水层二维弹性固结模型。在此基础上,将单层弱透水层拓展至多层的情况,并与Merchant流变模型结合,建立多层弱透水层的二维黏弹性固结模型。通过Laplace-Fourier变换及相应的数值逆变换得到弱透水层固结模型在真实物理域内的半解析解。（2）将固结模型的半解析解通过MATLAB进行编程运算,并通过具体的算例将本文解答与弱透水层一维固结解析解与二维有限元数值解答进行对比,在此基础上,结合算例进一步分析弱透水层的弹性、渗透性、厚度、粘滞性、刚度比和承压含水层水位下降幅度对固结发展的影响。（3）使用本文提出的固结沉降计算方法对基坑承压层降水工程中周边地面的沉降发展进行分析,并将计算结果与沉降监测数据进行对比,结果说明本文方法计算的结果与地表沉降的实际发展情况能够较好的吻合。可以看出在确定合理地层模型和力学参数的基础上,本文建立的半解析解对水位变化下的地面沉降问题可以进行较为准确而高效的分析。

关键词：水位变化地面沉降弱透水层二维固结半解析解

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一种长期观测资料确定弱透水层参数的方法

岩土力学 2017年第5期38卷 1359-1364页

作者：庄超周志芳韩江波河海大学地球科学与工程学院江苏南京210098 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型,在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下,推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解,分... 详细信息

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型,在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下,推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解,分析了弱透水层中滞后降深消散规律。根据水量均衡方程得到了弱透水层累计压缩变形量随时间变化的标准曲线,并提出了一种配线法用以确定弱透水层的渗透系数和贮水率,该配线法能够反映弱透水层释水变形过程的滞后性。以上海含水层系统为例,运用配线法确定了f_(10-7)分层标处第2弱透水层的渗透系数为4.26×10^(-10)m/s,贮水率为2.22×10^(-4)m^(-1)。对于具有长序列变形和水位观测资料的含水层系统,该方法具有一定的适用性。

关键词：弱透水层水力参数解析解配线法

基于现场双管试验确定弱透水层水力参数的方法

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岩土力学 2019年第4期40卷 1535-1542页

作者：信亚雯周志芳马筠李鸣威陈朦汪姗胡尊乐河海大学地球科学与工程学院江苏南京210098 江苏省水文水资源勘测局常州分局站网科江苏常州213022

弱透水层水力参数对基础工程设计、建设和地下水资源评价、地下水污染预测具有重要意义。现提出一种现场确定含水层系统中弱透水层水力参数的钻孔双管试验方法。利用麻花钻钻孔,到达地下水位线以下揭露到目的层位后布设外管,以起到护壁... 详细信息

弱透水层水力参数对基础工程设计、建设和地下水资源评价、地下水污染预测具有重要意义。现提出一种现场确定含水层系统中弱透水层水力参数的钻孔双管试验方法。利用麻花钻钻孔,到达地下水位线以下揭露到目的层位后布设外管,以起到护壁防止土层塌孔的作用。在外管内通过锤击的方式将内管嵌入到目的层中,使其下部管中有一定厚度的土样作为现场固定试验土柱。待内外管中地下水位稳定后迅速加高内管水头,并通过马里奥特瓶装置保持定水头。建立钻孔双管试验土柱的数学模型,推导了土柱顶底面单位面积流量随时间变化的解析解,将其无量纲化后作出标准曲线。作为该方法应用的实例,在长江下游三角洲苏锡常冲积平原的常州天宁区德安医院附近的空旷场地进行了专门的钻孔试验。确定了该地区的细砂质粉土和粉质黏土的渗透系数和贮水率分别为:K=1.66×10^(-6)m/s,ms=8.21×10^(-3)m^(-1);K=6.06×10^(-7) m/s,ms=2.26×10^(-3 )m^(-1)。结果表明,该方法对于现场确定弱透水层的水力参数有较好的适用性。

关键词：现场试验钻孔双管试验弱透水层水力参数解析解