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《中国地质大学(北京)》 2020年
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基于水化学和地球物理方法的莱州湾南岸咸水入侵研究

熊贵耀  
【摘要】:莱州湾南岸是咸水入侵研究中的典型区域之一,最早的研究可追溯到20世纪80年代。研究内容涉及到数学模型、野外调查取样和室内试验研究。本文主要通过水化学和高密度电阻率法两种监测手段对莱州湾南岸的咸水入侵现象进行综合的研究。本文在2018年11月采集的研究区41个水样的基础上,选取一系列的物理和化学指标,通过端元混合、Gibbs图等手段从多维角度揭示了莱州湾南岸地下水的演化过程。结果表明:莱州湾南岸地下水来源于现代大气降水,河流是该区域地下水的补给源。在海水/咸水入侵和水-岩相互作用的影响下,研究区地下水的盐分组成、含量及比例沿着咸淡水混合线朝向咸水端呈现非保守性的增长。莱州湾地下水的演化路径为Ca·Mg-HCO_3→Na(Ca/Mg)-HCO_3和Na(Ca/Mg)-Cl→Na-Cl。利用室内砂箱模拟不同水力梯度下咸水入侵的过程,结果表明(1)莱州湾的含水层介质以粘质粉砂土和粉砂质粘土为主,渗透性较低。随着渗透性的降低,海水入侵产生的水力梯度阈值逐渐增大。咸水入侵的速度随着水力梯度的增加而增加。并且在含水介质的不同位置,水盐运移的速度存在很大差异。(2)咸水入侵过程中,过渡带的宽度与地下水运移的速度和含水介质层的渗透性有关,地下水运移的速度越快,宽度越小;含水层介质的渗透性越低,宽度越大。利用高密度电阻率法作为监测手段进行野外条件下土层中水盐运移规律的研究中,设置了淡水和微咸水分别对试验场地进行浇灌两个条件,研究结果表明:自然土体作为一个非均质介质,水盐在运移的过程中必然是先沿着渗透性较大的优势通道。而淡水运移特征与咸水运移特征略有不同,水盐共同作用下会对渗透性低的介质层产生更强的侵染作用。本文通过地下水化学分析、室内砂箱模拟试验以及野外高密度电阻率法监测试验对莱州湾南岸的咸水入侵现象进行了系统的研究。研究揭示了莱州湾南岸地下水的水分与盐分来源、地下水与咸水的混合演化过程以及水盐在含水层介质中的运移特征。基本上涵盖了海水入侵研究的主要方面,本文的研究成果也为后来进一步揭示莱州湾咸水入侵机制提供了参考资料,有助于构建区分咸水入侵与现代海水入侵的判定体系,为滨海地区水资源的规划管理、海水入侵的监测预警和预防治理提供一定的参考。
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