高位海水养殖影响下的地下水咸化过程识别及其模拟 ——以北海大冠沙地区为例
发布时间：2021-07-24 17:14
海岸带地下水咸化已经成为世界性的资源环境问题,也是当今海岸带地下水环境研究的热点问题之一,考虑到该问题的诱发普遍是受到人为活动和自然过程的共同影响,判识海岸带地区地下水咸化的主要污染来源和演化过程一直是一个非常重要的命题。在我国沿海地区,在海岸带含水层以上进行纵向的海水高位养殖,在传统地下水开采引发的侧向海水入侵的条件下,使得在该类地区海水-多层含水层系统的水文地质条件更趋复杂,对海岸带水环境的研究更具挑战。为支撑本论文的研究,选择北海大冠沙高位养殖区,建立长时间序列的水位-水质监测（2014年-至今）,利用水文地球化学、数值模拟等水文地质分析方法,对高位海水养殖影响下的地下水咸化过程开展了专项研究工作,主要取得如下认识和进展:一、对大冠沙地区一条监测剖面的三个多水平地下水监测井进行了连续采样监测。以常规地下水水化学组分和氢氧同位素、硫同位素、锶同位素数据为基础,总结出了大冠沙地区地下水咸化和水化学、同位素组成的时空变化规律,并揭示了大冠沙海水高位养殖区地下水的主要补给来源、咸化路径以及演化过程,以期为大冠沙地区地下水资源的开发利用保护以及养殖产业合理布局发展提供重要科学依据。（1）地...
【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
海水入侵边界近似处理示意图
8黎清华：高位海水养殖影响下的地下水咸化过程识别及其模拟（红点线代表海水与含水层是直接接触的近似，灰色区域表示近似处理后的含水层）然而，这些研究存在两个假设条件。第一，含水层与海水的界面是不变的，如图1-1，实际含水层的边界是黑色线条，而为了计算的方便，往往假设含水层与海水的界面是红色虚线。事实上由于海潮的影响，海水与含水层的接触是变化的，如图1-2。第二，含水层与海水的界面是垂直的，这也与实际不符合。图1-2海水与含水层接触关系示意图。（红点线代表海水与含水层是直接接触的，灰色区域是含水层）目前很多学者针对这个问题展开了大量的研究，例如Ataie-Ashtiani等针对二维问题，通过对SUTRA软件的修改，实现移动边界的计算[83]。Boufadel等开发了变饱和带变密度流数值模型，可以克服上述两个假设条件[84]。Li从解析解的角度研究了上述两个假设条件对结果的影响[85]。这些研究都表明，上述两个边界条件对于区域模型（例如几十甚至几百公里以上）的影响不大，但是对近海滨海地区（几百米到几公里）地下水咸化问题的影响不可忽略。上述成果为本研究提供了理论依据，但是仍然存在一些假设条件，不满足北部湾地区的实际情况。第一，对于单一的海水入侵问题，二维剖面模型可以较准确的刻画地下水咸化的过程。然而，对于高位海水养殖和海水入侵综合影响地下水咸化问题，这些模型可能不适用。主要原因是：高位养殖的地方往往呈点状零星分布于滨海地区，并不是连续分布。最近，Mulligan等指出目前主要有三种方法来模拟三维移动边界的问题[86]：ahighhydraulicconductivity(high-K)zone，GeneralHeadBoundary(GHB)package和newPeriodicBoundaryCondition(PBC)package，而且high-K可以较好地刻画海水问题，但是计算量太大。本
北海地势平坦开阔，标高一般为 5～25 m，属河海混合堆积的滨海平原，呈北东方向延伸；断续出露的砂页岩，属构造侵蚀—剥蚀丘陵残丘地貌，主要分布于西、北面的冠头岭、石子岭（长青公园）牛尾岭等处，呈北东向展布；滨海平原由北向南（海域）以小角度倾斜，发育一些短小的河溪；沿河、海岸发育着冲积、海积阶地地貌（图 2-1）。 北海属亚热带海洋性季风气候。冬无严寒，夏无酷暑，是真正的冬暖夏凉。温、光、雨源充沛，气候宜人。年平均气温 22.9℃，极端最高温度 37.1℃，极端最低温度 2℃。年平均降雨量 1670 毫米。年平均日照时数 2009 小时，年平均太阳总辐射 111 千卡/平方厘米。主要气象灾害有台风、春旱、低温阴雨、暴雨、寒露风、霜冻，台风 10 级以上每 10 年 6 次。
【参考文献】：
期刊论文
[1]泛珠三角地区地质环境综合调查工程进展[J]. 黄长生,王芳婷,黎清华,赵信文,刘广宁,余绍文,刘怀庆,顾涛. 中国地质调查. 2018(03)
[2]中国海岸带地质资源与环境评价研究[J]. 印萍,林良俊,陈斌,肖国强,曹珂,杨吉龙,李梅娜,段晓勇,仇建东,胡云壮,王磊,孙晓明. 中国地质. 2017(05)
[3]广西北海市滨海地带咸化地下水化学特征[J]. 黄栋声,何军. 低碳世界. 2016(36)
[4]北部湾经济区主要环境地质问题探讨[J]. 何军,黎清华,刘怀庆,余绍文,黄国彬,黄栋生. 华南地质与矿产. 2015(01)
[5]海水高位养殖造成的环境问题分析——以北部湾海水养殖为例[J]. 苏守明. 技术与市场. 2012(06)
[6]北海市海水养殖区海水入侵特征及对地下水的影响——以南流江三角洲平原为例[J]. 常艳娥,黎广钊. 安徽农业科学. 2011(18)
[7]广西北海市海城区西段含水层海水入侵地球化学过程研究[J]. 姚锦梅,周训,谢朝海. 地质学报. 2011(01)
[8]水力帷幕防治海水入侵的数值模拟研究[J]. 高学平,杨建华,涂向阳,张明星. 环境污染与防治. 2006(11)
[9]海水入侵模拟理论与方法研究进展[J]. 成建梅,黄丹红,胡进武. 水资源保护. 2004(02)
[10]山东烟台夹河中、下游地区海水入侵三维水质数值模拟研究[J]. 成建梅,陈崇希,吉孟瑞,孙桂明. 地学前缘. 2001(01)
硕士论文
[1]北海市海岸带水动力和水化学特征的研究[D]. 张理.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3301082
【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
海水入侵边界近似处理示意图
8黎清华：高位海水养殖影响下的地下水咸化过程识别及其模拟（红点线代表海水与含水层是直接接触的近似，灰色区域表示近似处理后的含水层）然而，这些研究存在两个假设条件。第一，含水层与海水的界面是不变的，如图1-1，实际含水层的边界是黑色线条，而为了计算的方便，往往假设含水层与海水的界面是红色虚线。事实上由于海潮的影响，海水与含水层的接触是变化的，如图1-2。第二，含水层与海水的界面是垂直的，这也与实际不符合。图1-2海水与含水层接触关系示意图。（红点线代表海水与含水层是直接接触的，灰色区域是含水层）目前很多学者针对这个问题展开了大量的研究，例如Ataie-Ashtiani等针对二维问题，通过对SUTRA软件的修改，实现移动边界的计算[83]。Boufadel等开发了变饱和带变密度流数值模型，可以克服上述两个假设条件[84]。Li从解析解的角度研究了上述两个假设条件对结果的影响[85]。这些研究都表明，上述两个边界条件对于区域模型（例如几十甚至几百公里以上）的影响不大，但是对近海滨海地区（几百米到几公里）地下水咸化问题的影响不可忽略。上述成果为本研究提供了理论依据，但是仍然存在一些假设条件，不满足北部湾地区的实际情况。第一，对于单一的海水入侵问题，二维剖面模型可以较准确的刻画地下水咸化的过程。然而，对于高位海水养殖和海水入侵综合影响地下水咸化问题，这些模型可能不适用。主要原因是：高位养殖的地方往往呈点状零星分布于滨海地区，并不是连续分布。最近，Mulligan等指出目前主要有三种方法来模拟三维移动边界的问题[86]：ahighhydraulicconductivity(high-K)zone，GeneralHeadBoundary(GHB)package和newPeriodicBoundaryCondition(PBC)package，而且high-K可以较好地刻画海水问题，但是计算量太大。本
北海地势平坦开阔，标高一般为 5～25 m，属河海混合堆积的滨海平原，呈北东方向延伸；断续出露的砂页岩，属构造侵蚀—剥蚀丘陵残丘地貌，主要分布于西、北面的冠头岭、石子岭（长青公园）牛尾岭等处，呈北东向展布；滨海平原由北向南（海域）以小角度倾斜，发育一些短小的河溪；沿河、海岸发育着冲积、海积阶地地貌（图 2-1）。 北海属亚热带海洋性季风气候。冬无严寒，夏无酷暑，是真正的冬暖夏凉。温、光、雨源充沛，气候宜人。年平均气温 22.9℃，极端最高温度 37.1℃，极端最低温度 2℃。年平均降雨量 1670 毫米。年平均日照时数 2009 小时，年平均太阳总辐射 111 千卡/平方厘米。主要气象灾害有台风、春旱、低温阴雨、暴雨、寒露风、霜冻，台风 10 级以上每 10 年 6 次。
【参考文献】：
期刊论文
[1]泛珠三角地区地质环境综合调查工程进展[J]. 黄长生,王芳婷,黎清华,赵信文,刘广宁,余绍文,刘怀庆,顾涛. 中国地质调查. 2018(03)
[2]中国海岸带地质资源与环境评价研究[J]. 印萍,林良俊,陈斌,肖国强,曹珂,杨吉龙,李梅娜,段晓勇,仇建东,胡云壮,王磊,孙晓明. 中国地质. 2017(05)
[3]广西北海市滨海地带咸化地下水化学特征[J]. 黄栋声,何军. 低碳世界. 2016(36)
[4]北部湾经济区主要环境地质问题探讨[J]. 何军,黎清华,刘怀庆,余绍文,黄国彬,黄栋生. 华南地质与矿产. 2015(01)
[5]海水高位养殖造成的环境问题分析——以北部湾海水养殖为例[J]. 苏守明. 技术与市场. 2012(06)
[6]北海市海水养殖区海水入侵特征及对地下水的影响——以南流江三角洲平原为例[J]. 常艳娥,黎广钊. 安徽农业科学. 2011(18)
[7]广西北海市海城区西段含水层海水入侵地球化学过程研究[J]. 姚锦梅,周训,谢朝海. 地质学报. 2011(01)
[8]水力帷幕防治海水入侵的数值模拟研究[J]. 高学平,杨建华,涂向阳,张明星. 环境污染与防治. 2006(11)
[9]海水入侵模拟理论与方法研究进展[J]. 成建梅,黄丹红,胡进武. 水资源保护. 2004(02)
[10]山东烟台夹河中、下游地区海水入侵三维水质数值模拟研究[J]. 成建梅,陈崇希,吉孟瑞,孙桂明. 地学前缘. 2001(01)
硕士论文
[1]北海市海岸带水动力和水化学特征的研究[D]. 张理.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3301082
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