人工回灌雨洪水與咸水含水層的相容性研究.pdf

1、以雨洪水作為回灌水源,人工補(bǔ)給濱海地區(qū)咸水含水層是咸水含水層恢復(fù)和治理的有效措施。然而,雨洪水進(jìn)入咸水含水層后會很大程度地改變含水層原有的水-巖平衡狀態(tài),產(chǎn)生復(fù)雜的水文地球化學(xué)作用,改變地下水的水質(zhì),并使含水介質(zhì)的滲透性降低,將大大降低回灌工程的效能。
　　本文通過對研究區(qū)的水文地質(zhì)調(diào)查和水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測,分析地下水化學(xué)場的時空分布特征及形成原因。在此基礎(chǔ)上,通過人工回灌與水文地球化學(xué)反應(yīng)模擬試驗,測定了地下水動力學(xué)參數(shù)和水-巖反應(yīng)參

2、數(shù),計算供試水樣的組分平衡分布以及水與主要礦物的平衡狀態(tài),分析不同因素對平衡狀態(tài)的影響,模擬和計算了回灌雨洪水與地下咸水含水層的混合、陽離子交換、沉淀-溶解等水文地球化學(xué)作用。建立人工回灌多組分遷移-轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型,利用此模型預(yù)測試驗場地人工回灌過程中地下水組分的時空變化趨勢,分析人工回灌雨洪水對地下咸水水質(zhì)的影響。研究主要得出以下幾點結(jié)論:
　　(1)研究區(qū)地下水的礦化度及主要組分濃度的季節(jié)性變化不明顯,自西北向東南方向存在明顯

3、的化學(xué)分帶現(xiàn)象;隨著地下水礦化度的升高,地下水的水化學(xué)類型由HCO3-Ca型、HCO3-Ca·Mg型轉(zhuǎn)變成Cl·SO4-Na·Mg型、Cl-Na型。
　　(2)動態(tài)洗脫、靜態(tài)提取和經(jīng)驗公式法3種方法測定的含水介質(zhì)的陽離子交換容量與各陽離子的當(dāng)量比值比較接近,選用靜態(tài)提取法測定的 CEC值(2.83meq/100g土)用于組分運移的模擬;根據(jù)陽離子交換試驗結(jié)果,采用Gaines-Thomas方程計算含水介質(zhì)各陽離子交換選擇系數(shù)為:

4、Na/KK=0.09, Na/MgK=0.44, Na/CaK=0.43;采用CaCl2作為示蹤劑測定含水介質(zhì)的水動力學(xué)參數(shù),得到含水介質(zhì)的彌散系數(shù)為1.16E-06m2/s,彌散度為0.058m,有效孔隙度為0.38。
　　(3)供試水樣離子分布的計算結(jié)果表明,鈉、鉀、鎂、鈣主要以簡單離子形態(tài)存在,硫和碳主要以SO42-和HCO3-形態(tài)存在,微量組分硅和鋁主要以H4SiO4和Al(OH)4-形態(tài)存在;礦物平衡狀態(tài)的計算結(jié)果表明,

5、碳酸鹽在溶液中處于過飽和狀態(tài),其飽和指數(shù)在回灌水體積百分?jǐn)?shù)為60％~70%時最小,硅酸鹽的飽和指數(shù)呈現(xiàn)隨回灌水體積百分?jǐn)?shù)的增大而減小的趨勢,玉髓、長石類礦物在溶液中處于不飽和狀態(tài),伊利石和高嶺石隨著回灌水體積百分?jǐn)?shù)的增大,由飽和狀態(tài)變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)。
　　(4)人工回灌對地下咸水水質(zhì)影響的試驗結(jié)果表明,回灌過程中含水介質(zhì)的滲透性隨時間呈現(xiàn)下降趨勢;滲出液化學(xué)組分隨時間的變化特征顯示,回灌過程中發(fā)生的主要水文地球化學(xué)反應(yīng)為混合、陽離子

6、交換和碳酸鹽沉淀-溶解。
　　(5)人工回灌過程中多組分遷移-轉(zhuǎn)化的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果比較表明,當(dāng)選擇陽離子交換和方解石沉淀-溶解反應(yīng)作為數(shù)值模型的反應(yīng)模塊時,模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的擬合程度最好,這也與試驗過程中發(fā)生的主要水文地球化學(xué)作用一致。
　　(6)試驗場地人工回灌過程中多組分遷移-轉(zhuǎn)化的預(yù)測結(jié)果表明,在時間上,主要受混合作用影響的離子可以較快地達(dá)到濃度穩(wěn)定,而會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的離子達(dá)到濃度穩(wěn)定的時間要滯后;在空間上,