莱州湾东岸滨海平原海水入侵的动态监测与数值模拟研究
海水入侵是世界上海岸含水层中十分普遍和广泛分布的污染问题，认识、预测、防治以及含水层管理最好的途径便是进行监测和计算机的数值模拟。
本篇论文选择中国莱州湾东岸滨海平原作为研究区，通过研究，得到如下重要结论：(1)莱州湾东岸广泛分布沙质海岸地貌和第四系沉积物。受地质历史上两次海侵的影响，冲洪积物形成的陆相含水层延伸到海底很远的地方，这种海岸含水层结构和海岸环境给咸水向淡水区入侵提供了非常便利的通道。
(2)莱州市与山东省的的人均水资源量基本持平，地下淡水资源量较少。水资源供需平衡分析表明，即使南水北调工程完成后，现状的水资源供应也难以满足需求，水资源本身的缺乏和地下水超采是诱发海水入侵的关键因素。
(3)莱州市从上世纪70年代末便开始地下水位和水质的系统监测工作。多年的监测表明，海水入侵经历了初期发展、加速发展以及回退三个阶段。最近咸淡水界面自陆向海的回退的主要不是因为降水的增加和地下淡水开采量的减少，而是近岸海底含水层抽取咸水导致。
(4)莱州湾东岸的海底地下水分布在海底以下的第四系沉积物中，该类咸水储存在半承压含水层中，与储存在陆相含水层中的淡水具有较强的水力联系，并接受淡水的补给。现在大量的咸水被开采出来。研究表明，像PH值、密度、钠吸附比(SAR)等特征离子值，从陆向海遵循一定的分布规律。比如陆地含水层的高值硝酸盐也在海底地下水中有较好的反映。从陆向海，水化学类型逐渐从Cl-Ca.Na.Mg型向Cl-Na.Mg型和Cl-Na型转化。另一方面，离子强度(IS)和矿物相的饱和指数(SI)也遵循一定的分布规律，构成海岸带一般的水文地球化学演变模式。应用水化学方法可以较容易地确定海水入侵。
(5)除了水化学方法，物探技术包括垂向电阻率测深、瞬变电磁测深和激发极化方法也可用来监测海水入侵的发展。同时，包括Gamma射线和感应电导率测井的地球物理测井技术也被用作典型剖面的探测。通过探测曲线的解译，可以产生一系列的监测指标来确定咸淡水界面的动态变化。
本文通过大量的野外试验数据，获取了海水入侵监测的两类指标，一是由特征化学离子比值组成的水文地球化学指标，另外是由电阻率和Gamma值组成的地球物理指标。文中还给出了两类指标间的对应关系，并介绍了监测工作中应注意的一些事项。
(6)数值模拟是文中最重要的工作，首先利用小范围的抽水试验来验证水文地质参数，发现效果较好，因而该地区同类大量的抽水试验资料可以用作计算机模拟所需要的参数。(7)FeFlow是一种基于有限元方法的数学模型，可以较好的解决二维和三维稳定状态以及非稳定状态的地下水流和污染物运移问题。文中应用FeFlow软件较好的模拟了承压含水层中的二维海水入侵问题(Henry问题)和非承压含水层中的二维海水入侵问题(Huyakorn问题)等典型问题，与世界上其他作者模拟的结果相符。同时还结合莱州湾东岸滨海平原海水入侵的实际，模拟了受地下水开采漏斗影响以及地下坝防治工程中的二维海水入侵问题，可以明显发现，软件能够较好的解决这种变密度水流和溶质运移问题。
(8)建立了三维非稳定流和瞬变溶质运移模型，以此模拟莱州市1998～2003年的海水入侵问题，发现模拟计算结果与实际值吻合很好。近岸带海底地下咸水开采区漏斗区明显。虽然近岸陆区地下水位下降，但是咸淡水界面却向海岸线方向移动。
(9)海水入侵与降水、地下淡水和咸水开采有较好的相关关系。利用人工神经网络模型能够较好地模拟海水入侵面积随这些影响因素发生的变化。预测结果表明，如果未来连续遭遇几个偏枯年，地下水开采维持现状较低的水平，那么由于地下咸水的开采，海水将不会继续向内陆入侵。一旦在海岸带增大地下淡水的开采量，海水入侵将会重新开始。
(10)目前，滨海含水层的海水入侵防治取得了很大的成功，几年来，滨海地区又建设了一些新型防治工程，包括防潮闸工程、河口地下坝工程以及抽取地下咸水养殖工程等。这些工程能否对海岸环境造成危害尚需做进一步的监测和预测。
根据国际上先进的河流和海岸生态恢复理念，本文提出海水入侵的生态防治理论应是今后较好的办法，但是还需要作进一步的理论和技术完善。
海水入侵污染;海岸含水层;数值模拟;莱州湾东岸;动态监测;滨海平原;海洋污染;土壤污染
中国海洋大学
博士
海洋地质
王永吉;夏东兴
2005
中文
X55;X53
122
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）