大沽河咸水区地下水-人工湖泊水交换关系研究

摘要

水是人类赖以生存的资源，地下水是水资源的重要组成部分，是许多城市供水和农业灌溉的主要水源。20世纪80年代由于人们超量开采大沽河下游地下水引发了海水入侵。1998年李哥庄南部麻湾庄截渗墙的建立，有效的阻止了海水入侵，但也使部分咸水体残留在了李哥庄地区。后由于采砂过程在李哥庄地区形成了大小不一的人工湖泊，地下咸水与人工湖泊之间的交换关系直接影响到该片区域水资源总量与结构的评价和地下咸水体分布变化，进而影响该片区域地下咸水体的治理。所以，深入研究大沽河下游咸水区地下水-人工湖泊水交换关系，对于地下水质的监测和地下水资源综合利用具有非常重要的意义。
　　本文在调查研究区域自然环境的基础上，建立了地下水和人工湖泊水位、水质监测网，自行设计和加工一组渗透流量仪，采用砂槽模拟试验分别测定了渗流稳定时间和渗透流量仪校正系数，将标定的渗透流量仪应用于大沽河东岸魏家屯人工湖泊与地下水渗流量的测定。同时，根据气象数据和湖泊的水位监测数据，利用水量均衡的方法，计算了地下水与人工湖泊的年交换量。主要得到以下结论:
　　(1)现场监测表明，地下水的水位分布与地形基本一致呈现西南地区较高，北部地区较低的趋势，且动态变化具有明显的季节性;湖泊水位呈现出稳步上升的趋势。另外，盐度仅在空间分布上有较大变化，而时间和季节的变化并没有对盐度的变化造成影响。在研究区的南部靠近截渗墙附近小范围内，盐度存在垂向上分层的现象，水平方向上盐度在研究区表现出东南部最高，向西北渐减的规律。
　　(2)设计并加工渗透流量仪，渗透流量仪的渗透室直径28cm，高15cm。通过砂槽试验可知，渗流稳定时间过短时，由于储水袋本身的特性会导致渗流仪测定结果偏大。当砂槽渗透速度为20cm/d，渗流稳定时间为1min时，测定渗透流速为23.31cm/d±2.33，远大于实际砂槽渗流速度;当渗流稳定时间过长时，容易使储水袋饱和或被排空以导致测定失败。另外，在确定了合适的渗流稳定时间之后，控制水头高度改变砂槽的渗流速度求得了渗流仪的校正系数为1.10。
　　(3)渗流仪的野外测定结果表明，人工湖泊四周均表现为地下水补给人工湖泊，但补给速率会因为位置的改变而发生变化。在湖泊东北方向渗流仪的测定结果为3.28cm/d，而在湖泊南部渗流仪的测定结果为0.56cm/d。另外，高强度的降雨会在短时间内改变二者的交换关系。7月24-26日的强降雨之后渗流仪测定结果显示，此时两者之间的交换关系为湖泊补给地下水。其原因是由于高强度的降雨使得湖泊水位骤升0.7m，导致一段时间内湖泊水位高于地下水位，从而短时间内改变了两者之间的交换关系。
　　(4)通过现场监测和数据计算可知，在降雨量为741.7mm，蒸发量为1248mm的条件下，湖泊水位仍表现出持续上升的趋势，说明地下水与人工湖泊的水交换是人工湖泊形成的重要原因之一。另外，一年内地下水对湖泊的总补给量为2.3×105m3，其中，8月份地下水对湖泊的补给量最大，补给量为46800m3;10月份地下水对湖泊的补给量最小，补给量为790m3。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题依据和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水-地表水的水力联系

1．2．2 地下水-地表水水交换量的确定方法

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 研究区的环境背景

2．1 气象

2．1．1 气温

2．1．2 降水

2．1．3 蒸发强度

2．2 水文

2．3 地层与构造

2．4 水文地质特征

2．4．1 地下水埋藏条件

2．4．2 地下水的补给、径流和排泄

2．5 人工湖泊环境概况

3 研究区水位和水质的监测

3．1 水位和水质的监测网

3．2 水位监测及动态特征

3．2．1 监测方法

3．2．2 监测结果分析

3．3 水质监测及动态特征

3．3．1 监测方法

3．3．2 监测结果分析

4 地下水-人工湖泊水交换量的测定

4．1 渗透流量仪的设计

4．1．1 渗透流量仪原理

4．1．2 渗透流量仪误差来源及设计原则

4．2 室内试验

4．2．1 试验装置及材料

4．2．2 试验方法

4．2．3．结果与讨论

4．3 地下水-湖泊渗流量的原位测定

4．3．1 渗透流量仪的安装

4．3．2 渗透流量仪的原位测定结果及分析

4．4 小结

5 地下水与人工湖泊交换量的均衡计算

5．1 研究区的环境概况

5．2 均衡要素的确定及水均衡计算

5．2．1 水均衡方程式

5．2．2 均衡要素的确定

5．2．3 均衡计算及结果分析

5．3 小结

6 结论与存在的问题

6．1 结论

6．2 存在的问题

参考文献

致谢

个人简历、发表的学术论文