咸淡水过渡带渗透性突变的机理与效应研究
含水层渗透系数是海水入侵渗流场中的一个重要水文地质参数，其大小不仅取决于岩石的性质(如粒度、成分、颗粒排列、充填状况)，而且与渗透液体的物理性质(如密度、粘滞性)有关。含水层渗透性的变化对咸淡水界面的形状、运移及海水入侵的程度起重要作用，因而研究这种咸水混合带中盐分对含水层渗透性的影响是一个很有意义的课题，而且具有实际应用价值。
本文在系统分析、测定研究区(青岛市大沽河下游)含水介质、胶体、水样的物理化学性质及组成的基础上，主要对咸淡水过渡带渗透性突变的调控机制进行了研究。通过咸淡水突变和渐变试验，对不同水动力场和化学场作用下砂柱的渗透性变化进行了试验研究，分析了渗透性突变的原因，并讨论了影响渗透性突变的各种因素。采用微型砂柱，通过定流速系统，仔细研究了不同的水化学和水动力条件(盐浓度、离子强度、渗透流速、Na<'+>／Ca<'2+>，盐度递减速度等)对咸淡水过渡带粘粒释放过程的影响，确定了粘粒释放的临界盐浓度、临界离子强度、临界渗透流速，然后进行了渗透性控制实验，对淡水．咸水驱替过程中含水孔隙的微观结构变化和渗透性在时间．空间上的变化规律进行了研究。通过上述一系列的研究，得出了一些新的认识和结论。主要包括：
(1)河水与海水互相驱替的过程中，咸淡水界面上的含水介质存在明显的渗透性突变现象，并且含水介质渗透性的降低具有不可逆性。根据流出液悬浮颗粒的x射线衍射分析结果可知，伊利石的分散、释放机制是导致渗透性的降低的主要原因之一。
(2)盐度突变过程和盐度渐变过程中渗透性突变的机制明显不同。盐度突变过程出现的渗透性降低原因可能是因颗粒释放导致相邻孔隙的连接通道发生阻塞、中断引起的。而盐度渐变过程是一个更为复杂的过程，颗粒的释放、沉积同时起作用。
(3)土柱试验表明，粘粒释放过程中存在一个重要的临界盐浓度。批量试验的结果与土柱试验的结果基本吻合。临界盐浓度受渗流速度的影响很小。对受胶体力束缚在孔壁表面的颗粒进行了受力分析，评价了渗流速度对颗粒释放的影响，分析结论与试验结果相一致。
(4)经批量试验和土柱试验发现，流体流动速率越大，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盐溶液的浓度有关，盐溶液浓度越高，越不容易引起颗粒释放。并且通过分析粘粒的受力状况，从理论上说明了临界渗透速度存在的合理性，试验结论得到合理的解释。
(5)盐度递减速度试验表明，颗粒释放的临界盐浓度随盐浓度梯度的降低而降低，并确定了颗粒释放的临界递减速度。同一渗流速度下，盐浓度梯度愈大，盐浓度的递减速率愈快，流出液的颗粒物浓度愈高。同一盐浓度梯度下，也就是盐浓度递减速率不变的条件下，渗流速度越低，流出液的颗粒物浓度越高。
(6)批量试验和定流速试验的试验结果表明，处于NaCl／CaCl<,2>混合溶液中的大沽河砂样存在一个临界总离子强度，并且，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，并且这种抑制作用随着Ca<'2+>含量的增高而增强。
(7)不同尺度的定流速试验表明，不管渗透性的最低值还是最终值都服从以下规律：离入水口愈近，渗透系数愈大；反之，渗透系数愈小。通过用721分光光度计测定砂柱中剩余的粘粒含量，进一步证实粘土颗粒在整个空间分布上符合上述规律，粘粒的重新分布是导致砂粒渗透性降低的根本原因。从时间上来看，砂柱各段都明显存在一个先降低再升高的趋势，但各部分的递减程度和升高程度明显不同。只是离出水口愈近，砂柱的损害程度愈大。另外，渗透性的空间变化规律具有尺度效应。
含水层;渗透性;咸淡水过渡带
中国海洋大学
博士
环境工程
郑西来;王秉忱
2006
中文
X523;P747.6
105
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）