咸淡水過渡帶滲透性突變的機(jī)理與效應(yīng)研究.pdf

1、含水層滲透系數(shù)是海水入侵滲流場中的一個重要水文地質(zhì)參數(shù)，其大小不僅取決于巖石的性質(zhì)(如粒度、成分、顆粒排列、充填狀況)，而且與滲透液體的物理性質(zhì)(如密度、粘滯性)有關(guān)。含水層滲透性的變化對咸淡水界面的形狀、運移及海水入侵的程度起重要作用，因而研究這種咸水混合帶中鹽分對含水層滲透性的影響是一個很有意義的課題，而且具有實際應(yīng)用價值。 本文在系統(tǒng)分析、測定研究區(qū)(青島市大沽河下游)含水介質(zhì)、膠體、水樣的物理化學(xué)性質(zhì)及組成的基礎(chǔ)上，主

2、要對咸淡水過渡帶滲透性突變的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了研究。通過咸淡水突變和漸變試驗，對不同水動力場和化學(xué)場作用下砂柱的滲透性變化進(jìn)行了試驗研究，分析了滲透性突變的原因，并討論了影響滲透性突變的各種因素。采用微型砂柱，通過定流速系統(tǒng)，仔細(xì)研究了不同的水化學(xué)和水動力條件(鹽濃度、離子強(qiáng)度、滲透流速、Na<'+>／Ca<'2+>，鹽度遞減速度等)對咸淡水過渡帶粘粒釋放過程的影響，確定了粘粒釋放的臨界鹽濃度、臨界離子強(qiáng)度、臨界滲透流速，然后進(jìn)行了滲透性控

3、制實驗，對淡水．咸水驅(qū)替過程中含水孔隙的微觀結(jié)構(gòu)變化和滲透性在時間．空間上的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。通過上述一系列的研究，得出了一些新的認(rèn)識和結(jié)論。主要包括： (1)河水與海水互相驅(qū)替的過程中，咸淡水界面上的含水介質(zhì)存在明顯的滲透性突變現(xiàn)象，并且含水介質(zhì)滲透性的降低具有不可逆性。根據(jù)流出液懸浮顆粒的x射線衍射分析結(jié)果可知，伊利石的分散、釋放機(jī)制是導(dǎo)致滲透性的降低的主要原因之一。 (2)鹽度突變過程和鹽度漸變過程中滲透性突

4、變的機(jī)制明顯不同。鹽度突變過程出現(xiàn)的滲透性降低原因可能是因顆粒釋放導(dǎo)致相鄰孔隙的連接通道發(fā)生阻塞、中斷引起的。而鹽度漸變過程是一個更為復(fù)雜的過程，顆粒的釋放、沉積同時起作用。 (3)土柱試驗表明，粘粒釋放過程中存在一個重要的臨界鹽濃度。批量試驗的結(jié)果與土柱試驗的結(jié)果基本吻合。臨界鹽濃度受滲流速度的影響很小。對受膠體力束縛在孔壁表面的顆粒進(jìn)行了受力分析，評價了滲流速度對顆粒釋放的影響，分析結(jié)論與試驗結(jié)果相一致。 (4)

5、經(jīng)批量試驗和土柱試驗發(fā)現(xiàn)，流體流動速率越大，細(xì)微顆粒就越容易發(fā)生運移。在相同水動力條件下，水動力作用對滲透性的影響與鹽溶液的濃度有關(guān)，鹽溶液濃度越高，越不容易引起顆粒釋放。并且通過分析粘粒的受力狀況，從理論上說明了臨界滲透速度存在的合理性，試驗結(jié)論得到合理的解釋。 (5)鹽度遞減速度試驗表明，顆粒釋放的臨界鹽濃度隨鹽濃度梯度的降低而降低，并確定了顆粒釋放的臨界遞減速度。同一滲流速度下，鹽濃度梯度愈大，鹽濃度的遞減速率愈快，流出

6、液的顆粒物濃度愈高。同一鹽濃度梯度下，也就是鹽濃度遞減速率不變的條件下，滲流速度越低，流出液的顆粒物濃度越高。 (6)批量試驗和定流速試驗的試驗結(jié)果表明，處于NaCl／CaCl<,2>混合溶液中的大沽河砂樣存在一個臨界總離子強(qiáng)度，并且，隨著混合溶液中Ca<,2+>含量的增高，發(fā)生顆粒釋放的臨界離子強(qiáng)度值越低，反映出Ca<'2+>對顆粒釋放有抑制作用，并且這種抑制作用隨著Ca<'2+>含量的增高而增強(qiáng)。 (7)不同尺度