【摘要】：當(dāng)今,地下淡水資源的緊缺及安全問題成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的重要影響因素。內(nèi)陸平原區(qū)深層地下淡水開采量逐年增加,淺層咸水一旦越流補給至深層淡水層,則有限的深層淡水存在整體咸化的可能,使原本的淡水資源緊缺問題變得更加嚴(yán)峻。粘性土弱透水層作為內(nèi)陸平原區(qū)越流系統(tǒng)中的重要組成部分,其在咸水的遷移過程中所起到的影響作用不容忽視,因此對于粘性土對水動力特征的影響機制的研究意義重大。本文以內(nèi)陸平原區(qū)濟陽縣典型咸水區(qū)為例,以研究區(qū)不同深度的粘性土及咸水為研究對象,在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,采用野外試驗如地質(zhì)調(diào)查、鉆探、水位與水質(zhì)分層監(jiān)測與室內(nèi)試驗如含水介質(zhì)物理性質(zhì)測定、地下水離子組分測試、地下水同位素測試相結(jié)合的方法對平原區(qū)越流系統(tǒng)的水文地質(zhì)特征、地下水水動力特征進行描述,并在此基礎(chǔ)上,研究粘性土對地下水交替作用的影響機制;通過野外抽水試驗、室內(nèi)高壓滲透試驗等方法,探討平原區(qū)越流系統(tǒng)中粘性土的水動力過程,并結(jié)合電鏡掃描、孔隙定量分析、ArcGIS空間分析、數(shù)理統(tǒng)計、室內(nèi)吸附等溫試驗等方法,運用越流系統(tǒng)、擴散雙電層理論,研究粘性土的物理性質(zhì)、粘土礦物對滲透系數(shù)的影響機制。為下一步開發(fā)利用內(nèi)陸深層淡水及咸水的改良與利用提供理論依據(jù)。本文通過上述分析研究,得出以下結(jié)論:(1)研究區(qū)位于古河道的徑流滯緩區(qū),淺層、中層、深層地下水所處含水層的巖性分別為粉土、粘性土、砂層,~(14)C測定淺層、中層、深層地下水年齡分別為80~30、39010~36150、16247~13651a B.P.,表明粘性土層內(nèi)地下水交替更新能力最差。結(jié)合野外試驗將研究區(qū)淺層潛水、中層承壓水、深層承壓水所在含水層劃分為淺層局部流動系統(tǒng)、中間流動系統(tǒng)、深層區(qū)域流動系統(tǒng),不同流動系統(tǒng)內(nèi)地下水水位動態(tài)特征存在差異性。受研究區(qū)地面坡降為1/7000~1/8000的影響,研究區(qū)水動力特征具有水力坡度較小,徑流滯緩,淺層、中層、深層地下水循環(huán)交替強度較差的特點。揭示研究區(qū)地質(zhì)背景影響地下水動力特征的形成。(2)高壓滲透試驗及粘性土掃描電鏡特征分析表明,含水介質(zhì)的孔隙度對滲透性具有明顯影響。在越流過程中,粘性土內(nèi)的細顆粒隨滲流液運移、絮凝、沉淀、重新排列,使粘性土表面的粒團及團聚體結(jié)構(gòu)逐漸變大,其排列更為密實,孔隙體積與顆粒體積的比值降低20%,進而導(dǎo)致粘性土的滲透系數(shù)呈減小的趨勢。(3)高壓滲透試驗中的滲出液的水化學(xué)成分測試結(jié)果表明,粘性土的滲透系數(shù)受粘土礦物的交換吸附作用影響。在越流過程中,地下水中水化能力較強Na~+逐漸置換粘性土孔隙里原有的Ca~(2+),使粘性土顆粒周圍的擴散層及水化膜逐漸變厚,粘性土孔隙度變小,進而導(dǎo)致粘性土的滲透系數(shù)呈下降趨勢;室內(nèi)吸附等溫試驗,當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)不同深度粘性土?xí)r,粘性土深度48~48.2m、51~51.2m、71~71.2m、112~112.2m處滲透系數(shù)下降程度較深度6~6.2m、84~84.2m、97~97.2m、102~102.2m處滲透系數(shù)的下降程度大。(4)野外地下水水質(zhì)監(jiān)測表明,粉質(zhì)粘土與粘土的阻隔或阻滯鹽分穿透導(dǎo)致了電導(dǎo)率的突變,宏觀上證明了垂向地下水水質(zhì)的分帶性受粘性土的阻滯作用控制。深度49m處地下水的電導(dǎo)率發(fā)生突變,其值達到最大,這使粘性土表面形成濃差極化層,進一步削弱地下水的徑流條件,導(dǎo)致了深度49m處粘性土的滲透系數(shù)值較49m以淺粘性土的滲透系數(shù)低。(5)高壓滲透試驗及粘性土阻滯系數(shù)計算說明,粘性土的阻滯作用影響水化學(xué)類型的分帶性。高壓滲透試驗過程中,供試水樣中Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)分別在流經(jīng)深度42、112m和97m原狀土柱時,運移曲線首先呈“反S”型或“S”型,主要受彌散和對流作用的影響,然后呈上升趨勢后穩(wěn)定于某一濃度,且試驗結(jié)束時滲出液中Na~+(Ca~(2+)、Mg~(2+))的濃度/供試水樣中Na~+(Ca~(2+)、Mg~(2+))的濃度值均大于1,揭示粘性土柱對供試水樣中的Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的阻滯作用顯著;根據(jù)阻滯系數(shù)的定量計算并分析,揭示在粘性土阻滯作用的控制下,粘性土深度6~6.2、84~84.2、97~97.2、102~102.2m的滲透系數(shù)主要受粘性土對Mg~(2+)的阻滯作用影響,粘性土深度自48~48.2、51~51.2、71~71.2、112~112.2m的滲透系數(shù)主要受粘性土對Na~+的阻滯作用影響。(6)高壓滲透試驗表明,深度42~42.2、81~81.2、95.2~95.4、118.8~119m處的厚度為150mm的粘性土分別在0.75、2.25、14.25、18.3m的水位差作用下,出現(xiàn)越流;深度95.2~95.4、118.8~119m處的厚度為150mm的粘性土的起始水頭值分別為22.2、24.45m,揭示地下水徑流滯緩,在較大的水力坡度驅(qū)動下,地下水發(fā)生越流。(7)高壓滲透試驗表明,在一定壓力作用下,含水介質(zhì)的滲透性整體首先呈下降趨勢,再維持相對穩(wěn)定。隨壓力的梯度增大,含水介質(zhì)的滲透性整體呈梯度增加。地下水滲透過程中,主要受陽離子交換作用、滲流液的粘滯性、顆粒釋放及膨脹、地下水溫度的影響,不同階段其影響因素存在差異。綜上,內(nèi)陸平原區(qū)水動力特征變化主要受地形、氣象、沉積環(huán)境、水文地球化學(xué)作用、含水介質(zhì)的性質(zhì)、水力坡度等的影響。
【學(xué)位授予單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P641
【圖文】：

深層（2）圖2.2 全球大氣降水、研究區(qū)大氣降水、黃河水及各含水層內(nèi)地下水的氫氧同位素關(guān)系圖研究區(qū)地下水運動方向總體是西南~北東（圖2.3），與地形坡向一致，平均水力坡度0.17‰左右，水平徑流緩慢。本區(qū)地下水運動垂直交替運動大于水平運動。潛水蒸發(fā)和人工開采是地下水排泄的主要途徑。圖 2.3 區(qū)域水文地質(zhì)圖2.3.2.2 地下水水位動態(tài)特征根據(jù)研究區(qū)觀測孔年觀測曲線（2016~2017）（圖2.4），地下水水位動態(tài)特征為：（1）淺層（底板埋深12m）地下水位標(biāo)高20.51~21.51m，目前最大水位變幅為1m，最高水位出現(xiàn)在2017年3月19日，地下水位標(biāo)高為21.51m，最低水位出現(xiàn)在2017年7月8日

水力坡度約0.17‰，局部水力坡度0.011，徑流滯緩。天然狀態(tài)下，中層咸水垂向交換作用較弱，性質(zhì)穩(wěn)定、開發(fā)程度及利用率低，地下水水頭高，易在地勢較低的河間地帶向上運移，淺層地下水與其混合形成淺層孤立的咸水體，空間上咸淡水相間分布（圖2.5）。中層咸水地下水年齡為39~36kaB.P.，處于間冰期向冰期的轉(zhuǎn)變時期[53]，氣候的溫暖干燥使地下水強烈蒸發(fā)濃縮，礦化度的升高形成中層承壓咸水；中層咸水水位穩(wěn)定在18~18.5m，中層咸水與潛水水頭差較小，上世紀(jì)70年代深層承壓水水位約24m，深層承壓水水位由于過度開采以0.1~0.5m/a速率下降，降至12.9~13.3m。受重力勢能影響，地勢較高的地下水在重力勢能驅(qū)動作用下向地勢較低的河間地帶運動

綜合考慮野外實際水文地質(zhì)條件和場地限制，為研究咸水在垂向上地下水水化學(xué)特征和含水介質(zhì)滲透性的動態(tài)變化特征，在內(nèi)陸平原咸水區(qū)選取濟陽縣孫耿鎮(zhèn)王興村為典型地段，在65m×45m范圍內(nèi)，布置鉆孔4眼作為水位、水質(zhì)長測孔（圖3.1），鉆孔編號依次為1#、2#、3#、4#，其中4#為已有鉆孔，水文地質(zhì)鉆孔1#、2#、3#、4#濾水管下置深度分別為8~12、79~94、98~107.9、27~49.2m，水文地質(zhì)鉆孔1#濾水管下置深度處巖性為粉土、粉質(zhì)粘性土夾粉土，水文地質(zhì)鉆孔2#濾水管下置深度處巖性為粉質(zhì)粘性土、粘性土，水文地質(zhì)鉆孔3#濾水管下置深度處巖性為粉砂、細砂、中砂為主，水文地質(zhì)鉆孔4#濾水管下置深度處巖性為粉質(zhì)粘性土、粉土、粉砂

【參考文獻】

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1 邢立亭;王立艷;李常鎖;徐e

本文編號：2802788