地下咸水体修复的试验研究
滨海地区地下水的超量开采,使得海水入侵现象加剧,咸水分布面积增大。通过潜流壁垒、‘淡水帷幕’等措施能有效的控制海水的向陆迁移,但是却也使得部分咸水滞留于滨海含水层。地下咸水体的存在会造成水井报废、生态系统的平衡被破坏等不良影响。因而,对地下咸水体的高效修复成为滨海区域研究的重点,室内试验作为一种有效的研究手段可用以解决地下咸水体修复的问题。 本文通过砂槽试验研究不同方式修复地下咸水体的效果,分析不同形式的补给(大气降水入渗、地表水体入渗、淡水回注)的影响,并记录咸淡水界面在试验过程中分布的变化;同时,通过井抽提地下咸水,分析不同的水力学条件对修复效果的影响。此外,通过对全部试验结果的分析,对咸水的有效恢复提出合理、可靠的意见。得到的主要结论如下: ⑴地表水体入渗淡水在含水层中以‘扇面’形状扩展,使得地下咸水得到恢复。水位越大则入渗淡水量越大,地下咸水恢复效果也越好。含水层边界处的进水会对地表水入渗产生影响,使入渗的淡水趋于向出水口运动,不利于入渗淡水向咸水体深部扩展。对地表水体入渗的渗流路径的观测得到,入渗到咸水体浅部的淡水会呈现混溶的状态,而入渗到咸水体深部的淡水则成层分布。 ⑵大气降水入渗以面状推进的方式恢复地下咸水,降水通过包气带后进入地下咸水,受含水层水力坡度的影响,咸淡水界面按照水力坡度的方向呈现一定的倾斜。降水强度越大,咸淡水界面向地下咸水体内部推进距离越远、界面的倾斜越明显,对地下咸水的恢复效果越好。降水强度为4.89和7.18 cm/h时,入渗190 min时未监测到取样点7的盐度变化;而降水强度为10.16 cm/h,取样点7的盐度在50 min时就已下降。降水方式会影响地下咸水恢复过程和恢复程度,续降水入渗比间歇降水入渗的对地下咸水的恢复效果要好。 ⑶淡水回注的条件下地下咸水同样可以得到修复,但恢复效果和修复范围有限。随着注水强度的增加,相同时间内回注淡水在含水层中的运动速率增大、影响范围扩展,而且和咸水之间形成的咸淡水界面更加光滑,对地下咸水的修复效果也更加的稳定。同样注水强度下,通过远离进水边界的井回注淡水会使边界进水量增大,但是增加幅度不大;咸水含水层的边界出水量也会增加,增加幅度较大;地下水水均衡中的收入项大于支出项,且井位置越接近进水边界,收入项与支出项的差值越大(1＃:0.99 L,2＃:0.86 L,3＃:0.41 L)。在本章中,4＃井太靠近出水边界,不利于回注的淡水在含水层中的保存,因而4＃井并不是修复地下咸水体的良好选择。 ⑷淡水回注对地下咸水的修复表现为围绕井注水区域的局部修复,而大气降水入渗、地表水体入渗对地下咸水体的恢复范围则相对较大。淡水回注对地下咸水的修复可以是从含水层深部向浅部扩展,而大气降水、地表水体的入渗则是通过包气带逐渐向含水层深部修复地下咸水体,淡水回注条件下地下咸水的修复效果会出现波动。在地下咸水体接受补给时,非饱和带会固持一部分水分,因而地下水水均衡中的收入项大于支出项。 ⑸在含水层有边界进水条件下,通过井对含水层进行咸水抽提时会加速边界进水向抽水井方向的运动,因而地下咸水被修复的区域在进水边界和抽水井之间。抽水强度越大,含水层中水头分布的改变越剧烈,导致边界进水量增加使得地下咸水体的修复效果变好。布设井进行抽水时,应考虑井的使用效率,尽可能使得抽提出水的盐度较高。改变不完整井在含水层的垂向位置分布时,越靠近井安装过滤器部分的咸水越早接受淡水,越早被修复。完整井相比不完整井能使含水层中的水流均匀,从而达到整个垂向剖面上的咸水都被修复的效果。通过在含水层出水边界附近布设单个完整井或者多个井的组合运行两种方式对地下咸水的修复进行优化,得到了在井的效率较高的情形下,地下咸水体均能逐渐被修复的良好效果。
地下咸水体;修复效果;滨海地区
中国海洋大学
硕士
环境工程
郑西来
2014
中文
P641.8
81
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）