海水入侵

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第一节 海水入侵的概念
海水入侵发生的条件 1 存在海水与陆地含水层的水力 联系通道 最低排泄基准面
陆地表面 潜水面 海平面
海洋是陆地地表水、地下水 的最终排泄区,海平面则是地球 表面的最低排泄基准面。如果沿 海地区存在着裂隙、岩溶和松散 的孔隙介质含水层,而且这些含 水层延伸到海中,就有可能成为 海水入侵的通道。
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辽东湾
渤海湾
我国海水入侵的分布
环渤海湾地区
莱州湾
莱州湾南岸、大连—旅顺、天津等 东南沿海地区 广西北海市、钦州市钦江三角洲、海 南岛儋州的新英湾等。
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环渤海湾现状: 海水入侵面积约2333.4 km2,比20世纪90年代 初增加了46.5%。据天津市典型地段水质动态的深入研究,咸水界 面下移速率约0.65-0.74 m/a;据沧州地区的研究,截止2001年, 浅层咸水界线向西移动15-30km,运移速率0.7-1.4km/a。与20世 纪70年代相比,深层咸水界面一般下移10-30m 辽东湾 ,咸水界线西移 最大距离16.2km(据“环渤海地区环境地质调查”,2004)。
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地下水系统硬结构的调整
将采用工程措施切断海水和地下水通道 的方法称为地下水系统硬结构的调整。 隔水槽,阻断咸水的入侵途径
隔水墙防治海水入侵示意图
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地下水库防治海水入侵示意图
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第三节 海水入侵的原因
海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。
海平面的相对上升 海水量的变化(气候、冰川消融等)
海洋盆地容积的变化(大洋中脊扩张、陆源物质堆积 等)
滨海地区地面沉降(构造沉降) 陆地地下水头下降
沿海地区开采地下水
筑坝建水库等拦截地表水 气候干旱 其他原因 修建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等
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第四节 海水入侵的形成机制
咸淡水分界面的理论解
海水入侵过程——海(咸)水楔形体不断扩大,即楔形体移动的 动力学过程。 由多个时间段分析海水与陆地地下水分界面的位置和形态变化过 程,分析是否处于正常涨落。
一、稳定分界面的静力平 衡模式
二、稳定分界面的动水压 力平衡模式
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第四节 海水入侵的形成机制
海水入侵
主要内容
一、海水入侵的概念 二、中国海水入侵现象的发展现状 三、海水入侵的原因 四、海水入侵的形成机制 五、海水入侵的调查评价 六、海水入侵的防治
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第一节 海水入侵的概念
基本概念 海水入侵:海水沿着陆地含水层向陆地方向潜入的现象 和过程。
海水入侵可以使陆地含水层咸化、机井报废、淡水 供应量减少,也可引发沿海地区土地盐渍化,农业减产 甚至绝收等生态问题,因而成为一种地质环境问题。
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第四节 海水入侵的形成机制
二、稳定分界面的动水压力平衡模式
维鲁特等人提出。
地下水在远离海岸和靠近海岸的 地方,流速垂直分量不同。 岸坡地带潜水会形成渗出带,海 面以下也存在地下水排泄出口。
A 潜水渗出带 海平面
潜水海下出口
海水楔
(一)潜水含水层的海水入侵问题
静水压力平衡模式和水平流动的裘布依假设结合。 假设前提:潜水含水层的介质是均值各向同性;地下水流为渐变流,忽 略渗透速度的垂直分量,视为平面二维稳定流。
我国海水入侵现状的主要原因
我国海岸线长度为3.2万km,其中大陆岸线1.8万km。沿海地 区是我国目前经济开发的重点地区。这些地区在以下方面为海水 入侵提供了条件: ①随着经济发展,对水资源的需求日益增长,过量抽取地下 水,其结果会使沿海地区地下水水位下降,量减少。 ②拦蓄截取地表水,使入海量减少,使地表水补给地下水量 减少,地下水位下降。 ③沿海地区是松散堆积物的沉积区,主要是冲洪积和海相沉 积成因。陆相物质的搬运堆积,主要靠地表径流。河床堆积物相 对粗大,并一直延伸到大海,为海水向陆地含水层入侵提供了通 道。
城市环境地质问 题调查评价技术 规范
海水入侵化学指 标与入侵程度等 级划分
矿化度 M( g/l) Br— ( mg/l) γ Na— /γ Cl— 钠吸附比( SAR) 咸化系数( A) 水 质
入侵程度
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莱 州 湾 南 岸 水 文 地 质 图
地下水化学场类型分区图
莱州湾南岸浅层地下水流场图
q (1 ) x 2k
隔水层
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第四节 海水入侵的形成机制
(二)承压含水层的海水入侵问题
纽曼推导咸淡水分解位置曲线
Y 承压水水头
q q 2 Y 2( ) x 0.55( ) k k
x0 0.025 q Y 0.741 k Y 0
隔水层
X 承压水流 向 A
潜水面和分界面的水力梯度示意图
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hs 40hf
疑问: 1、当hf =0 时, hs=0。 即地下水无排泄断面, 不合理; 2、分界面的形态还受 陆地淡水排泄量、排 泄带宽度、含水层渗 透系数以及与海岸线 的距离等多个因素的 影响。
该模式在用于厚度固定的水 平承压含水层海水入侵时, 能有较好效果。 20世纪60年代,维鲁特等人提出了 更符合真实情况的海水入侵模式。
水密度,=1.025g/cm3。
海水与陆地地下水静力平衡模式
hs 40hf
第四节 海水入侵的形成机制
两个重要的认识:
hs 40hf
1、分界面在海平面下所处的深度与陆地地下水面的高度 呈线性定量关系, 例如在地下水潜水面高程为1m时,由 上式可知,对应的分界面深度约在海拔以下40m处。换句 话说,陆地地下水水位越高,分界面埋藏深度越大;越接
烟台莱州湾地区: 地下水氯离子含量最高为3.86g/l(饮用水标准 国际建议值为<200mg/l,即0.2g/l),矿化度达7.85g/l(饮用水标 准建议值为< 1g/l)。部分地区已出现盐渍化。
渤海湾
莱Biblioteka Baidu湾
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我国海水入侵的分布
海南岛西部儋州的新英湾是海
水入侵典型地段,海水入侵面 积达10km2。
《城市地质环境问题调查评价规范(征求意见稿)》—咸 淡水分解 值:最低250mg/L;严重入侵的CL- 为1000mg/L 总盐度:1500~2000ppm
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第五节 海水入侵的调查评价
在充分搜集和利用前人资料的基础上,以地质背景调 查和遥感解译为主体,结合应用相关的勘探、测试手段及 GPS、GIS等新技术,进行必要的实测和监测。 地质背景调查
一、稳定分界面的静力平衡模式
陆地表面
潜水面
hf
陆地淡水
海平面
假定条件: 海水和陆地地下水均 不流动,地下水与海水区 各点的压强按静水压强分 布,两者的分界面固定。
在分界面上:
海水楔
hs
咸淡水分界
hs (hs hf )1 hs 2
hs 分界面上某点离海平面 的距离; hf 地下水潜水面 高出海平面的高度;p1 淡 水密度,=1.0g/cm3;p2 海
区域地貌形态、岩性结构、海岸性质及变迁历史;
咸、淡水含水层的空间分布、地下淡水体与海水(咸水) 体的接触关系;
地表水、地下水与海水之间的水力联系、补排关系和海 水入侵通道、地下水位动态变化。
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第五节 海水入侵的调查评价
遥感解译 海水与淡水水域,分析海水入侵地下淡水的分布范围。
水文物探
查明海水入侵范围,咸水、淡水分界面。 电测深法、电剖面法、自然电场法、激发极化法、瞬变电磁 法、井中CT。 地下水监测网 监测地下水水位、水质动态及地面水体的水位变化,分析咸 淡水入侵程度或确定淡水的临界开采量。
近海岸线,分界面埋深越浅。
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hs 40hf
dh f dhs 40 ds ds
表示分界面在水平方向的梯度;表示潜水面在水平方向的梯度;右 端的负号表示两者水头下降的方向是相反的(下图)。
由上式可以看出,从AC断面到BD断面, 潜水面的梯度变化要小于分界面,分界 面的梯度为潜水面的40倍。 2、分界面在向内陆延伸时,往往具有 快速收敛的特点,能够在离海岸线不远 的地方,与含水层的隔水底板相交。
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第二节 中国海水入侵现象的发展现状
中国海岸带背靠西部 大陆,面向全球规模 最大的西太平洋边缘 海。
中国大陆海岸线北起 辽宁鸭绿江口,南至 广西北仓河口,全长 超过18,000 km,大小 岛屿6,500座,大陆岸 线和岛屿岸线总长达 32,000 km。
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第二节 中国海水入侵现象的发展现状
陆地淡水 咸淡水分界 隔水底板
淡水海下出口
海水楔
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第一节 海水入侵的概念
海水入侵发生的条件 2 海水压力大于陆地含水层 的水头压力
水的流动是在存在压力差的情 况下发生的。由于陆地地下水的密 度(比重)小于海水,要避免海水 潜入,就必须具有较高的水头压力。 在没有发生海水入侵的沿海 地区,可能存在两种情况,一是没 有水力联系的通道,二是有通道, 但陆地地下水水头高,压力值大于 海水,此时,陆地地下水可不断地 从海面以下出口排向大海。
陆地表面 潜水面 海平面
最低排泄基准面
陆地淡水 咸淡水分界 隔水底板
淡水海下出口
海水楔
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Q:是否满足以上两个条件,就一定会发生海水入侵呢?
1.上述两条件同时存在时,海水会呈楔形体插入含水层底部。 2.由于海水有潮涨潮落,陆地地下水与海水压力差动态变化,从而 导致海水楔的范围也是会动态变化。 3.若海水楔随压力差的变化进退有序,为正常涨落,楔形体不会一 直向陆地方向伸展,该动态过程不能称为海水入侵;只有当压力差 发生异常涨落,海水楔不断向含水层前进,则发生了海水入侵。
海平面 O B C 海水 海水楔
A
隔水层
q x 0.275 2k
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第四节 海水入侵的形成机制
三、实际工作中咸淡水分界面的判别 咸淡水分界面是一个溶质浓度介于海水浓度与陆地地 下水浓度之间的过渡带,成为咸淡水混合带。 溶质浓度达到某一规定值的部位视为海水入侵的标志, 该浓度值的等值线作为咸淡水分界面。 Cl-:衡量海水入侵的一个敏感指标。
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第一节 海水入侵的概念
海侵(海进):
由于海面上升或陆地下降造成海水面积扩大,陆地面积缩小,海 岸线向陆地方向推进的地质现象。
海水倒灌
发生在中小 时空尺度上 的海侵现象
海水入侵
海侵
海水入侵与海侵的不同
海水入侵:强调含水层的变化 时间尺度相对较小 区域范围有限
海侵:海水沿陆地表面的扩张 地质演化的时间尺度大 区域范围广大
退回海洋。
由于这类方法改变的是地下水渗流场结构,我 们形象地称之为地下水系统软结构的调整
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限制淡水开采量(削弱人工汇的强度)
地下水位抬升防治海水入侵的示意图
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进行人工回灌,提升陆地淡水水位(建立人工源)
人工回灌防治海水入侵的示意图
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设置抽水槽,抽出咸水(重建咸淡水的区域汇)
抽水槽防治海水入侵示意图
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第五节 海水入侵的调查评价
综合分析研究
根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料, 综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。
查明海水入侵途径,根据水化学分析、物探成果,进行海水 入侵程度分区,分析海水入侵发展趋势。
分级指标 Cl— ( mg/l) Ⅰ < 250 < 1.0 < 0.55 >1 < 2.0 < 1.0 淡水 无入侵 Ⅱ 250-1000 1.0-3.0 0.55-3.1 0.85( ?) -1 2.0-5.7 1.0-3.5 微咸水 轻度入侵 Ⅲ > 1000 > 3.0 > 3.1 < 0.85 > 5.7 > 3.5 咸水 严重入侵 0.66 0.7 6.7 3.6
地下水位降幅与咸卤水入侵分布图
第六节 海水入侵的防治
海水入侵的防治 海水入侵的发生需具备两个基本条件: ①海平面上升或陆地地下水位下降,海水和陆地淡水间 动水压力平衡; ②存在联系海水与地下淡水的“地下通道”。
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地下水系统软结构的调整
通过改变地下水的源、汇条件,使渗流场形态 发生改变,从而防止海水入侵,甚至使入侵的咸水
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第四节 海水入侵的形成机制
(一)潜水含水层的海水入侵问题
潜水水头分布
Y
2 q y x k (1 )
分界面海下高程
海平面 O X B C A 海水楔 海水
地下水 过水断面
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