定水头差下海岸带咸淡水界面实验模拟及其动态研究

发布时间：2020-04-02 01:53

【摘要】：滨海地区由于人口增加和经济的迅猛发展,供水需求随之增加。如何有效地开发利用海岸带地下水资源,成为地下水领域重要的研究方向。自上世纪中叶以来,海岸带地下水资源不合理开发使用的现象屡屡出现。海岸带地下水位下降致使地下水动态失衡,咸淡水界面向内陆移动,造成海水入侵。我国的山东莱州、辽宁大连等沿海地区也出现海水入侵,且日益严重。滨海含水层海岸带咸水与淡水之间界面的位置、形状、运移及其预测是研究海水入侵的核心内容。模拟滨海含水层咸淡水界面,本文在设计、制作实验装置的基础上,利用模拟实验装置,并对实验结果进行数值模拟分析。研究海岸带海水入侵过程中咸淡水界面的机理,探讨淡水端与咸水端水头差恒定的条件,咸水密度变化对咸淡水界面形状、位置等的影响。实验结果表明,在同一垂线,咸淡水界面之上和界面之下水头变化基本处于稳定状态。界面之上和界面之下水头有明显的差别,界面以下的咸水水位明显低于界面以上的淡水水头。密度差愈大,咸淡水界面向内陆延伸的最远距离愈大。采用FEFLOW构建有限元模型,对实验结果进行二维剖面模拟。结果显示,咸、淡水之间密度差大小直接影响着界面最远延伸距离。密度差越大,界面向淡水端延伸距离也愈大,其前沿速率也愈快,从而达到平衡稳定时所需时间越长。所得结论,与宋超(2015)的研究结论较为符合。界面达到稳定状态的时间也由0.042 d左右增为至大约0.07 d左右。随着咸水密度的减小,测量出界面向淡水端延伸最远距离由89 cm减至为47 cm。咸淡水界面整体形态在后退过程中呈抛物线型,观测孔水位由淡水端到咸水端逐渐降低。当不存在咸淡水界面时,同一水位观测线上观测孔水位变化很小,几乎水平。当存在咸淡水界面时,同一水位观测线咸淡水界面之上观测孔淡水水头大于界面之下的咸水水头。除去中间过渡带水位点的影响,界面之上淡水带水头和界面之下咸水带水头随深度的增加变化也很小。所有观测点的水头均在均在0-6 cm之间,符合实际情况。咸淡水界面向内陆延伸最远距离的计算采用周训(2016)提出的最新计算公式,算出的结果略大于实际测量值。距离咸水边界23 cm、46 cm、69 cm处咸淡水界面深度计算所得出的值小于实际测量值。对比同一位置处三种不同密度下咸淡水界面的深度,随着密度的减小,界面深度会增大,与实际结果相符。
【图文】：

示意图,技术路线,示意图

技术路线示意图

实验装置图,咸水,出水口

图 2-1 实验装置图；2-潜水位；3-咸淡水界面；4-地下水流方向；5-测压孔；6-咸水；7-固定隔度 54cm，，右侧挡板高度 60cm）；8-淡水；9-咸水出水口；10-咸水进水口；1口；12-淡水出水口；13-金属支架；14-咸水水箱
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.2

【参考文献】