萊州灣東岸濱海平原海水入侵的動態(tài)監(jiān)測與數(shù)值模擬研究.pdf

1、海水入侵是世界上海岸含水層中十分普遍和廣泛分布的污染問題，認(rèn)識、預(yù)測、防治以及含水層管理最好的途徑便是進(jìn)行監(jiān)測和計算機(jī)的數(shù)值模擬。 本篇論文選擇中國萊州灣東岸濱海平原作為研究區(qū)，通過研究，得到如下重要結(jié)論：(1)萊州灣東岸廣泛分布沙質(zhì)海岸地貌和第四系沉積物。受地質(zhì)歷史上兩次海侵的影響，沖洪積物形成的陸相含水層延伸到海底很遠(yuǎn)的地方，這種海岸含水層結(jié)構(gòu)和海岸環(huán)境給咸水向淡水區(qū)入侵提供了非常便利的通道。 (2)萊州市與山東省的

2、的人均水資源量基本持平，地下淡水資源量較少。水資源供需平衡分析表明，即使南水北調(diào)工程完成后，現(xiàn)狀的水資源供應(yīng)也難以滿足需求，水資源本身的缺乏和地下水超采是誘發(fā)海水入侵的關(guān)鍵因素。 (3)萊州市從上世紀(jì)70年代末便開始地下水位和水質(zhì)的系統(tǒng)監(jiān)測工作。多年的監(jiān)測表明，海水入侵經(jīng)歷了初期發(fā)展、加速發(fā)展以及回退三個階段。最近咸淡水界面自陸向海的回退的主要不是因為降水的增加和地下淡水開采量的減少，而是近岸海底含水層抽取咸水導(dǎo)致。 (

3、4)萊州灣東岸的海底地下水分布在海底以下的第四系沉積物中，該類咸水儲存在半承壓含水層中，與儲存在陸相含水層中的淡水具有較強(qiáng)的水力聯(lián)系，并接受淡水的補(bǔ)給?，F(xiàn)在大量的咸水被開采出來。研究表明，像PH值、密度、鈉吸附比(SAR)等特征離子值，從陸向海遵循一定的分布規(guī)律。比如陸地含水層的高值硝酸鹽也在海底地下水中有較好的反映。從陸向海，水化學(xué)類型逐漸從Cl-Ca.Na.Mg型向Cl-Na.Mg型和Cl-Na型轉(zhuǎn)化。另一方面，離子強(qiáng)度(IS)和礦

4、物相的飽和指數(shù)(SI)也遵循一定的分布規(guī)律，構(gòu)成海岸帶一般的水文地球化學(xué)演變模式。應(yīng)用水化學(xué)方法可以較容易地確定海水入侵。 (5)除了水化學(xué)方法，物探技術(shù)包括垂向電阻率測深、瞬變電磁測深和激發(fā)極化方法也可用來監(jiān)測海水入侵的發(fā)展。同時，包括Gamma射線和感應(yīng)電導(dǎo)率測井的地球物理測井技術(shù)也被用作典型剖面的探測。通過探測曲線的解譯，可以產(chǎn)生一系列的監(jiān)測指標(biāo)來確定咸淡水界面的動態(tài)變化。 本文通過大量的野外試驗數(shù)據(jù)，獲取了海水入

5、侵監(jiān)測的兩類指標(biāo)，一是由特征化學(xué)離子比值組成的水文地球化學(xué)指標(biāo)，另外是由電阻率和Gamma值組成的地球物理指標(biāo)。文中還給出了兩類指標(biāo)間的對應(yīng)關(guān)系，并介紹了監(jiān)測工作中應(yīng)注意的一些事項。 (6)數(shù)值模擬是文中最重要的工作，首先利用小范圍的抽水試驗來驗證水文地質(zhì)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)效果較好，因而該地區(qū)同類大量的抽水試驗資料可以用作計算機(jī)模擬所需要的參數(shù)。(7)FeFlow是一種基于有限元方法的數(shù)學(xué)模型，可以較好的解決二維和三維穩(wěn)定狀態(tài)以及非穩(wěn)定

6、狀態(tài)的地下水流和污染物運(yùn)移問題。文中應(yīng)用FeFlow軟件較好的模擬了承壓含水層中的二維海水入侵問題(Henry問題)和非承壓含水層中的二維海水入侵問題(Huyakorn問題)等典型問題，與世界上其他作者模擬的結(jié)果相符。同時還結(jié)合萊州灣東岸濱海平原海水入侵的實際，模擬了受地下水開采漏斗影響以及地下壩防治工程中的二維海水入侵問題，可以明顯發(fā)現(xiàn)，軟件能夠較好的解決這種變密度水流和溶質(zhì)運(yùn)移問題。 (8)建立了三維非穩(wěn)定流和瞬變?nèi)苜|(zhì)運(yùn)移模

7、型，以此模擬萊州市1998～2003年的海水入侵問題，發(fā)現(xiàn)模擬計算結(jié)果與實際值吻合很好。近岸帶海底地下咸水開采區(qū)漏斗區(qū)明顯。雖然近岸陸區(qū)地下水位下降，但是咸淡水界面卻向海岸線方向移動。 (9)海水入侵與降水、地下淡水和咸水開采有較好的相關(guān)關(guān)系。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠較好地模擬海水入侵面積隨這些影響因素發(fā)生的變化。預(yù)測結(jié)果表明，如果未來連續(xù)遭遇幾個偏枯年，地下水開采維持現(xiàn)狀較低的水平，那么由于地下咸水的開采，海水將不會繼續(xù)向內(nèi)陸