咸水含水层的人工修复试验研究与工程示范
滨海地带作为主要的人口分布区,工农业发展迅速,淡水资源需求量高。人为超量开采地下水,咸淡水之间的水动力平衡状态被破坏,导致咸水入侵。目前,咸水入侵已经严重危害到全世界几十个国家和地区,带来巨大的经济损失,影响当地居民的生产和生活。因此,面对愈演愈重的咸水入侵现象,深入研究地下咸水含水层分布特征与修复过程,能够为咸水入侵的预测、防治与修复提供理论依据,同时将理论研究应用于实践,对合理开发、利用和保护地下水资源具有明显的实用价值。 本文在充分掌握研究区水文地质条件的基础上,利用现场采集的代表性砂样,建立室内砂槽模型,体现研究区特点。首先,对天然补给状态下的咸水体动态分布特征进行研究,分析河流补给和降雨补给对咸水体分布的影响。然后,针对存在河流补给条件下的咸水体进行人工修复模拟,分析单井抽水修复过程中各因素对修复效果的影响,并通过增加注水井对咸水体的修复过程进行优化。最后,利用抽水－注水结合的方式在现场进行咸水修复示范。通过以上研究,得到以下主要结论: (1)河流渗漏补给能够部分修复咸水体,距离河流越近,修复效果越好。河流与地下水的水位差从2cm增加至4cm时,河流补给量增加21％,砂体的修复范围扩大,修复程度增加,距离河流35cm的D点盐度降低程度是之前的4.18倍。 (2)降雨入渗补给对地下咸水体盐度的影响深度为10cm,浅层渗流液盐度对补给的响应是即时的,盐度不同程度地降低,深层的响应具有延时性,盐度缓慢升高。连续降雨过程中及降雨结束后的盐度变化比较平稳,浅层渗流液盐度降低程度小,咸水体界面上的A点最低降至3.93‰；间歇降雨时盐度变化剧烈,但降低程度增大,A点可降至2.73‰。 (3)存在河流补给条件下的抽水修复过程中,河流依靠水位差对咸水体进行锋面形式的驱替。井的运行方式和布置将影响修复速率与效果,抽水量从80mL/min增大至160、240mL/min时,修复时间从315min缩短为原来的52.4％和34.9％:抽水持续时间为115min时(出水盐度为2.74‰),经过自然修复能够达到饮用水标准,比出水盐度为1‰时的持续时间缩短30.3％；抽水井距离隔水边界越近,整体修复效果越好,远离隔水边界的抽水井在抽水过程中无法满足井与隔水边界之间的修复目标；非完整井抽水所需的时间比完整井仅增加9.1％,可以考虑用非完整井取代完整井。 (4)增加人工回灌后,抽水井盐度波动性增加,明显提高抽、注水井之间的咸水运动速度。但是,双井抽水－注水修复速率受注水强度的影响较为明显,低注水强度时的修复速率并不优于单井抽水修复,增加注水强度后能够提高修复效率,注水强度为100mL/min时的修复时间是单井抽水过程的90.9％。 (5)不同运行模式下,三井抽水－注水方案的运行结果不同。持续运行模式下的修复时间稍短,降低修复成本不明显,但是单井抽水量小,降低大流量抽水引发地面沉降的风险；间断运行模式下,通过增大抽水量提高难修复部分咸水的排除速度,修复时间仅为120min,对比持续模式、双井抽水－注水和单井抽水方案,分别缩短17.2％,、20％和27.3％,为最佳修复方案。 (6)抽水井依靠降低水位引起地下咸水的运移,而注水帷幕的存在不仅能够阻挡示范区东侧高浓度成水在抽水作用下向低浓度方向运移,更重要的作用是通过注入淡水对咸水进行驱替与淡化,加速咸水的排出。经过为期23天的抽水－注水修复,示范区盐度基本降至1‰以下,达到饮用水标准。
地下水开采;咸水含水层;人工修复;示范工程;水动力平衡
中国海洋大学
硕士
环境工程
郑西来
2012
中文
P641.8;X171.4
83
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）