431 试验方法 - 中国海洋大学——本科训练研究计划项目管理平台

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1、项目编号1112011018项目分类自然科学√社会科学中国海洋大学本科生研究发展计划（OUC-SRDP）项目项目成果说明项目名称：滨海过渡带水敏性的水化学控制条件研究负责人：王婷联系电话：13863904672电子邮箱：823793613@qq.com所在学院：环境科学与工程学院专业年级：环境工程2009指导教师:林国庆起止年月：2011年5月至2012年5月二○一○年五月十日本科生研究发展计划管理委员会滨海过渡带水敏性的水化学控制条件研究1.绪论1.1研究目的和意义滨海地区经常是人口高度集中和经济快速发展的地区，对淡水资源的

2、需求会日渐增大。在天然情况下，滨海地区的地下淡水是向海泄流的，当人类不合理地开采地下淡水时，造成淡水向海水渗流减弱甚至消失，陆区地下水向海的微弱或零对流项难以抵消海水向陆地的弥散项，最终造成含水层中淡水变咸，导致一系列生态、环境的恶化问题。海咸水入侵已成为沿海地区的一种重大灾害现象，已成为制约沿海地区社会经济发展的重要因素。所谓海水入侵是指由于陆地地下淡水水位下降而引起的海水直接侵染淡水层的现象。由于风暴潮、人为因素造成的海水漫溢内陆或沿河道上溯造成的侵染也属海水入侵。咸水入侵是指由于淡水区地下水位下降，陆地上咸水含水层的咸水

3、侵入淡水含水层的现象。咸水入侵均为超量开采地下水所致。海水入侵以氯离子含量250mg/L作为判别标准。咸水入侵以地下水的矿化度2g/L作为界线标准。目前，在世界范围内许多沿海地区的含水层如美国、荷兰、德国、以色列、日本、印度、泰国、马来西亚、西班牙等国家均已遭受了不同程度的海咸水入侵。我国的海南、广西、广东、江苏、山东、河北和辽宁等省都有海咸水入侵的报道，其中山东省最为严重。以青岛市大沽河下游潜水含水层咸水入侵为例，自1981年以来，由于连续的地下水超量开采以及持续性的气候干旱等因素引起了近海端地下咸水和南部胶州湾的海水入侵。

4、由于没有及时采取有效的防治措施，海水入侵面积逐步扩大，由1981年最初的7.0平方公里扩大到1988年的70平方公里，致使李哥庄水源地基本废弃，大量开采井和采水设备报废，大面积的土地因缺少灌溉水源而荒芜，并造成上百家企业和数万人用水困难。因此，全球范围的咸水入侵问题已经引起国际社会的共同关注，有关国家积极开展海咸水入侵的理论和应用研究。目前应用的“以淡驱咸”、“抽咸注淡”技术，主要是通过咸淡水过渡带的流场控制

5、来达到防治咸水入侵的目的，但根据含水层的水敏感性理论，淡水驱替咸水的过程会导致含水层的渗透性降低，极大地增加含水层恢复

6、的难度。另一方面，通过优化注入水的水动力和水化学条件，完全有可能在咸淡水过渡带人工形成渗透带或不透水界面（低渗透帷幕），从而有效地防止和抑制现代的咸水入侵。本研究从宏观和微观的尺度上，通过不同规模的模拟控制试验，系统地研究咸淡界面胶体动水絮凝、沉积过程及其对含水层渗透性变化的影响，优化胶体动水絮凝、沉积导致地层损害的水化学和水动力控制条件，这对于已受侵害地区有针对性的修复工程和海水入侵的防治具有非常重要的理论意义和实用价值。1.2国内外研究现状上世纪八十年代，Goldenberg和Magaritz[1]通过室内砂柱渗透试验发现

7、咸淡水过渡带存在非常明显的地层损害现象，即用淡水驱替咸水，含水介质的渗透性会发生突然变化，其渗透性最多降低1-4个数量级。出现上述结果的主要原因是含水层中蒙脱石粘粒的释放、迁移、沉积行为导致含水介质渗透性的显著降低。同样地，Abadzic和Ryan[2]在含水层的修复治理过程中也发现因胶体颗粒的释放、再次沉积导致含水层渗透性的降低，其渗透率降低了2个数量级左右。林国庆和郑西来[3]等研究了受海水入侵的复函伊利石砂质含水层，结果同样表明存在着明显的地层损害现象，砂土的渗透率降低了1个数量级左右。上述研究成果说明，不管是富含蒙脱石

8、的含水层还是富含伊利石的含水层，淡水驱替咸水的过程中都存在着非常明显的地层损害现象。目前以淡驱咸为基础的含水层恢复技术还存在着若干关键的科学及技术难题，使其广泛的推广应用受到极大制约。如单井注入量显著降低，地层损害与分散颗粒絮凝的时空关系以及多孔介质骨架对动水絮凝的影响等等，因此，上述科学问题的结局是目前已受侵害地区修复研究领域的研究焦点。从1933年Fancher首次发现地层损害现象以来，在石油工程领域，许多学者曾经对淡水的渗入或注入过程中砂岩储油层的地层损害进行了研究，普遍认为胶体的释放、诱陷过程是地层损害的主要原因。He

9、witt、Saiers和Homberger[4]等分析了流体流动过程中原生膨胀性粘土矿物、非膨胀性微粒的扩散和重新分布对含水层渗透性的损害，同时指出粘土矿物的膨胀和扩散的共同作用（轻微的膨胀促进了微小颗粒的松动和释放）是渗透性降低的一个重要机制。同样，Land和Baptist