曹妃甸地区海底地下水排泄的定量化研究

【摘要】曹妃甸工程开发建设项目自2002年起开始全面启动。该工程导致的大规模的基础建设，对地质环境以及地下水系统良性循环提出了很高的要求。研究滨海含水层中海水-地下水的循环特征包括地下水流动态、溶质运移规律以及海底地下水排泄（SGD）的定量估计，对曹妃甸地区滨海地区水资源、环境地质调查与保护以及工程施工建设具有重要的理论与实际意义。曹妃甸地区的潮间带一般长达数公里。本文选取了曹妃甸国际生态城沿岸填海造地之后的剩余下部潮间带为研究对象，在潮滩上布设了一个由三口井组成的监测剖面，对地下水和海潮的压力水头、温度和盐度进行短期和长期的自动观测。利用二维有限单元数值模拟软件MARUN，建立了中等尺度数值模型，对地下水水头和盐度进行了数值模拟。同时通过分析观测数据，基于达西定律探索了一种测量SGD的新方法。观测结果表明，在低潮阶段，泥质潮间带有大范围的渗出面存在，表明该研究区泥质潮间带有较大的SGD。泥质潮间带很有可能存在上部盐度晕（USP）、下部传统咸淡水混合带以及陆源地下淡水排泄通道（FDT）。观测表明，观测井所在处存在明显的垂向地下水流。泥质潮滩浅层含水层中的盐度变化与陆地淡水补给关系密切，而且降雨的季节性变化导致了含水层中盐度的季节性变化。无海潮模型的模拟结果表明，潮间带SGD总量受到陆源淡水水力梯度、潜水含水层的渗透系数以及淤泥覆盖层共同影响，淤泥覆盖层渗透性的变化对淡水SGD没有影响。淡水驱替咸水的过程与陆源淡水水力梯度、潜水含水层渗透系数有密切关系。考虑了海潮作用的模型的模拟结果表明，潮间带SGD具有如下时空变化规律。较大的SGD出现在新海岸线附近，SGD会随着涨潮和落潮的交替而不断变化。SGD的大小与潮差和低潮水位密切相关。在一个大小潮周期内，模型区域内单位海岸线长度上的海底地下水排泄量为1.43m3/m/d，内陆淡水纯补给量（即陆源淡水SGD）占SGD总量的18.2%。而在一个24小时海潮周期内，海底地下水排泄量为1.44m3/m/d。数值模拟验证了USP、FDT和含水层下部咸淡水混合带的存在。由于含水层中地下水水头和盐度的模拟结果与实际观测值仍存在可观偏差，部分水文地质参数需要继续调整。用垂向水力梯度法在曹妃甸泥质潮间带测得的SGD为23.2m3/m/d。
【作者】郑涛；
【导师】李海龙；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地下水科学与工程，2014，硕士
【关键词】泥质潮滩；海底地下水排泄；中等尺度模型；曹妃甸；垂向水力梯度法；

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