咸淡水驱替过程中含水介质渗透性变化的试验研究

在野外水文地质调查的基础上,采集青岛市大沽河下游咸水入侵区砂样,首先对含水介质的粒度和矿物组成进行了分析,然后通过室内砂槽模拟试验,对咸淡水驱替过程中含水介质的渗透性变化规律进行了研究。结果表明,当咸淡水相互驱替时,含水介质的渗透性会发生显著变化,这种变化主要是由于驱替液盐浓度的变化,使得伊利石、高岭石和绿泥石等非膨胀性粘土矿物经释放、迁移、絮凝和沉积,从而重新分布所引起的。含水介质渗透性的变化具有明显的非均质性,即位于距入水处不同水平距离以及不同高度处的含水介质,其渗透性变化规律有所不同。

咸淡水驱替过程中的水文地球化学作用

在现场水文地质调查的基础上,分别采集大沽河下游地下淡水、海水和含水介质样品,并测定它们的性质和组成,然后用渗流装置模拟海水驱替淡水的过程,测定驱替过程中含水介质渗透性(渗透系数、孔隙度、弥散系数等)和主要离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)的变化规律,最后,采用数值模拟方法定量研究驱替过程中的水文地球化学作用。研究结果表明,驱替过程中发生了多组分的离子交换作用,Ca2+和Mg2+最大值高于海水和淡水中的离子浓度值,Na+—Ca2+、Na+—Mg2+发生离子交换;Mg2+达到最大值后有一个降低的"台阶"阶段,此时Mg2+—Ca2+发生离子交换;K+在驱替过程中主要表现为化学吸附。离子交换过程中伴随着矿物溶解-沉淀,海水比例40%后,方解石处于过饱和状态;在驱替过程开始阶段,石膏饱和指数逐渐升高,达到峰值后又开始下降,最后饱和指数又有所升高,但始终处于非饱和状态。

咸淡水过渡带的多组分离子交换行为研究

以大沽河下游海水入侵砂质含水层为研究对象,采集地下淡水、海水和含水介质样品,并测定其组成和性质。通过渗流装置模拟咸淡水驱替过程,测定驱替过程中含水介质的渗透性参数和主要离子的变化规律,并尝试用数值模拟方法定量研究水敏感性影响下的多组分离子交换过程。研究结果表明,海水驱替淡水情况下,Na+能将砂土吸附的Ca2+、Mg2+、K+交换出来,Na+-Ca2+、Na+-K+交换速度很快,而Na+-Mg2+交换反应持续时间较长;在淡水驱替海水的过程中,溶液中的Ca2+、Mg2+将介质吸附的Na+、K+交换出来,但Ca2+-Na+交换起主导作用。含水介质的动力学参数和突破曲线的拐点变化均进一步验证了咸淡过渡带的水敏感性现象,多组分离子的交换行为导致了水敏感现象的发生。

不同淡水驱替海水过程中渗透性变化试验研究

采集了青岛市胶州大沽河下游咸水入侵区砂样,以及大沽河河水、李哥庄镇当地居民饮用地下淡水和雨水。通过室内土柱驱替实验,对不同类型的淡水驱替咸水的过程中含水介质的渗透性变化规律进行了研究。结果表明,淡水驱替咸水的过程中,多孔介质渗透性均发生突变,不同类型的淡水驱替咸水时含水介质渗透性降低程度不同:河水驱替海水时渗透性降低幅度最大,降低了66%;雨水驱替过程中渗透性降低幅度为46.2%;地下水驱替过程中渗透性降低幅度较小,降幅为17.5%。说明天然条件下的驱替不能达到防治海水入侵的目的,选择大沽河河水回灌效果会更好,可以为海水入侵治理中驱替水质的选择提供科学依据。

人工回灌条件下滨海砂质含水层渗透性的时空演变特征

人工回灌补给滨海含水层是海水入侵修复经常采用的工程措施,然而人工回灌条件下滨海砂质含水层经常出现渗透性显著降低的现象,其含水介质渗透性的时空演变规律仍不清楚。本文以青岛市大沽河下游咸水入侵区含水层砂样为研究对象,通过利用不同尺度的室内砂柱淡咸水驱替试验,对定水头和定流速条件下人工回灌咸淡水驱替过程中砂质含水层渗透性的时空演变特征进行了研究。结果表明:当淡水驱替咸水时含水介质的渗透性会发生显著变化,整个砂柱的渗透性先降低后回升,原因是回灌过程中砂柱中的黏土矿物发生释放、迁移、沉积;定水头条件下,在砂柱的前半段存在一个淘空区,渗透系数是初始渗透系数的1.6~2.0倍,砂柱其它部分渗透性是先降低再轻微回弹;定流速条件下,砂柱的渗透系数随时间的变化均呈现先降低后升高趋势,且砂柱各段离入水口的距离越远其渗透系数的值越小;砂柱黏粒含量的变化规律与渗透性的演化特征相吻合。研究成果可为人工回灌治理滨海含水层海水入侵提供一定的科学依据。