利用高密度电阻率探针监测海水入侵研究

摘要

海水入侵问题的研究历史较远,国内外研究的课题也较多,研究方法可以归纳为模型研究、现场调查研究和室内试验研究,模型研究多是以突变界面模型和过渡带模型为主,现场研究也多为区域调查,对海水入侵的现场实时监测方法的研究较少。
　　本文简要介绍了海水入侵的现状和海水入侵的主要影响因素,系统介绍了海水入侵现有的监测研究方法,判断海水是否入侵的监测指标以及海水入侵界面位置的判定方法等。文章设计了一套海水入侵过程的原位实时监测系统。在砂槽内开展试验模拟海水入侵过程,利用高密度电阻率探针监测系统对海水入侵过程进行实时连续监测,对海水入侵过程的动态变化进行了全面系统的监测分析。总结出了高密度电阻率探针监测海水入侵过程的数据处理与分析方法,验证了该监测方法的有效性。本文的核心部分是试验研究,通过室内试验研究单相介质和分层介质条件下咸淡水水位变化对海水入侵楔形体的动态影响。试验结果为预防和治理海水入侵提供了可靠的试验依据。研究成果主要包括以下几部分:
　　(1)利用高密度电阻率探针测定了砂土被不同含盐量的孔隙水饱和时的电阻率,结果显示饱和砂土电阻率与盐度及各离子浓度之间呈现良好的指数关系。
　　(2)均匀介质中的模拟试验结果显示,海水入侵区大小及入侵速度主要受咸淡水水头差影响。咸淡水平稳接触后,会形成动态平衡的咸淡水界面;咸淡水水头差的剧烈变动会导致介质中原有咸淡水界面的破坏,造成短时间的孔隙水紊流和咸水区扩大,若水头差保持不变,则该现象最终消失,咸淡水之间形成新的平衡。水头差变动较小时,原有界面一般不会发生破坏,增大咸水水位和减小淡水水位都会使咸淡水之间的界面位置上升,反之则出现相反的现象;咸淡水水头差较大时,渗流作用占主要地位,咸淡水之间呈现突变界面,咸淡水水头差较小时,扩散作用起主导作用,咸淡水之间呈现过渡带界面形态。
　　(3)由介质水平分层的试验结果可以看出,垂直方向上介质渗透性的差异造成咸水入侵路径的复杂多样:在海水向淡水入侵阶段,低渗透层对入侵海水有一定的阻碍作用,阻挡了咸水向粉土层下方的运移;而在海水的后退阶段,低渗透层的存在又阻碍了淡水的渗流,造成低渗透层下部被污染区域较难治理;此外低渗透层一旦被海水污染,其治理难度更大。
　　(4)采用室内水槽试验,实现了高密度电阻率探针对介质孔隙水水质的实时监测。电阻率数据处理中,单点垂向电阻率分布图与监测剖面等值线图都能够在一定程度上反映介质内孔隙水水质的变化,在数据分析中,将两者对比结合,能更好的掌握海水入侵状况。
　　文章利用大水槽试验模拟海水入侵,试验条件更接近实际情况;通过多种条件下过渡带及其动态特征的实时监测分析,发现了过渡带的形成、发展、变化和稳定四个演化过程,获得了过渡带的各个演化阶段的动态特征,并从理论上加以解释;还得到了过渡带的变化与外部条件及介质特性的关系:即水位差和介质分层决定过渡带的位置,渗透率影响过渡带发展过程等定性及定量规律。
　　通过试验研究和数据分析处理,使海水入侵问题监测的研究向实际应用方向迈进了一步,所取得的成果对滨海地区海水入侵监测预警及水资源的规划管理和海水入侵的预防、治理有较大的参考意义和实际应用价值。