含水介质水敏感性的初步研究
咸淡水过渡带是一个从高盐度咸水到低矿化地下水的狭长带。咸淡水过渡带含水介质水敏性的存在具有双重意义：第一，对于咸水入侵地区，这一性质会使得含水介质的渗透性发生不利于地下咸水恢复的变化，由于含水介质渗透性的大幅度下降，单纯的注入淡水来驱替咸水变得极为困难；第二，由于水敏性的存在，使得防止咸水入侵有了新的方法和思路。因此，对咸淡水界面含水介质水敏性的研究具有重要理论意义和应用价值。
本研究在现场调查的基础上，分别采集青岛石老人海水、大沽河河水、海水入侵区的含水介质，通过大量的室内柱状试验和批量试验，弄清含水介质在不同水化学和水动力条件下颗粒释放、运移和沉积的动力学过程，掌握含水层水化学变化、颗粒释放、运移、沉积和渗透性变化的内在有机联系，为咸水入侵的定量评价和防治提供科学的依据。研究结果表明：
(1)流体流动速率越大，水动力也越大，细微颗粒就越容易发生运移。在相同水动力条件下，水动力作用对渗透性的影响与溶液的离子强度有关，溶液离子强度越高，越不容易引起颗粒释放。批量试验为了防止水动力释放而确定的振荡频率不能超过150次／min，土柱试验中确定的临界进水流速为21mldmin。
(2)土柱试验中将振荡频率设置在150次/min，得到影响颗粒释放的临界盐浓度为0.06±0.005mol/L:在土柱试验中保持进水流速为1.5mL/min，得到颗粒释放的临界盐浓度在0.06mol/L附近。两者所得结果基本吻合。释放出的颗粒主要由伊利高岭石和绿泥石等非膨胀性的粘土矿物组成。
(3)批量试验和土柱试验证明在强酸性条件下，颗粒释放时间短，释放累积量少；而在强碱性条件下，颗粒释放时间长，颗粒释放累积量最多；中性条件下颗粒释放时间和颗粒释放累积量值居中，这说明在相同水动力条件下，高pH值时的颗粒释放倾向要远远大于低pH值时的情况。虽然在地下水环境中pH值的变化范围是6—8，可调范围不大，但是根据试验所得碱性环境能够增强颗粒释放的结果，我们可以在地下水pH值允许范围内适当提高pH值，使含水介质中颗粒释放达到最大量，以此提高含水层的水敏性，降低咸淡水界面上含水介质的渗透性，以获得理想的天然或人工地下防渗带，防止咸水入侵的发生。
(4)批量试验中Ca<'2+>摩尔百分数为5％时，对应颗粒释放的临界离子强度为0.02mol／L，Ca<'2+>摩尔百分数为10％时，对应颗粒释放的临界离子强度为0.007mol／L。从上面的对比中我们发现随着混合溶液中Ca<'2+>含量的增高，发生颗粒释放的临界离子强度值越低，反映出Ca<'2+>对颗粒释放有抑制作用且这种抑制作用随着Ca<'2+>含量的增高而增强。在土柱试验中我们从监测流出液内颗粒释放这个角度进一步验证了二价态Ca<'2+>离子对颗粒释放的抑制作用，试验发现当驱替液中Ca<'2+>摩尔百分数为0％时，发生颗粒释放，但当Ca<'2+>摩尔百分数增至100％时，没有发生颗粒释放。
(5)在河水与海水互相驱替的过程中，咸淡水过渡带上的含水介质存在明显的水敏感性。在水击试验中，首次用河水对海水进行驱替时，含水介质渗透性下降了50.0％。在盐度渐变试验中，首次对海水进行驱替时含水介质的渗透性仅下降了14.4％，而驱替水完全是河水时含水介质的渗透性也只是下降了25.1％。对比水击试验和盐度渐变试验可知，含水介质渗透性的下降程度不仅受盐度大小的影响，同时也受盐度递减速率的影响。水流冲击试验中溶液盐度递减速率快，则渗透性降低程度大。在盐度变化条件下含水介质渗透性的降低可能是由释放出的伊利石、高岭石和绿泥石这些非膨胀性粘土矿物充填孔隙或在孔喉处形成颗粒堵塞造成的。
(6)随着渗透时间的推移，渗透性可下降1～3个数量级，且渗透性的降低具有不可逆性，即重新通入海水时渗透系数也不能完全恢复。
(7)通过水动力弥散试验测定了咸淡水驱替过程中水．盐动力学参数。在淡水驱替咸水的过程中，驱替前砂样的有效孔隙度为39.3％，弥散系数为0.52cm<'2>／min，弥散度为2.656 cm。淡水驱替咸水后，有效孔隙度随时间呈现逐渐降低的趋势，至试验结束时有效孔隙度降至3.6％，弥散系数为0.35 cm<'2>／min，弥散度为1.807 cm。
咸淡水界面;水敏性;多孔介质
中国海洋大学
硕士
环境工程
郑西来
2006
中文
X143
67
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）