基于高密度电阻率成像法的海水入侵运移规律试验研究

论文摘要

海水入侵是全世界都存在的主要资源与环境问题之一,掌握海水入侵的规律和特征对于沿海地区地下水资源的管理保护以及环境的改善具有重要的理论意义和实际价值。海水入侵的发生和发展受多种因素的影响,准确监测和客观评价一个区域的海水入侵需要系统、长期的监测数据支持。海水入侵室内物理试验可以相对灵活地揭露不同水文地质条件或水动力条件下的海水入侵运移规律,目前已成为一项重要的海水入侵研究手段。本文在分析海水入侵领域国内外研究现状的基础上,通过物理模型以无损伤的高密度电阻率成像技术为主要数据获取方法,从电阻率这一综合电特性参数的角度分析研究了米级尺度上海水入侵的规律和特征,取得了如下的主要研究成果和认识:（1）未发生海水入侵时,在获得的电阻率图像上含水层的电阻率值约在60-320Ω·m。受电极布设及含水层密实性因素影响,电性结构整体在0.1m以上区域呈低阻值特征,在0.1m以下区域为高阻值特征。相对上部低阻值区域,下部高阻值区电性结构空间分布均匀。（2）海水的入侵致使入侵区含水层中的地下水矿化度升高、电阻率降低,整体上电阻率与矿化度呈负相关关系。在以矿化度1000mg/L作为划分咸淡水的标准时,试验中确定了电阻率值小于24Ω·m的区域为海水入侵区。（3）在海水与淡水水头相同条件下,受密度差和浓度差的控制,海水逐渐向淡水含水层入侵。在电阻率图像上,相对于入侵前的电阻率特征,在海水入侵区存在一明显的空间上连续的楔形体状低电阻率区,该低阻区是海水入侵驱替淡水所致。不同时刻的电阻率图像中的低阻区特征清晰地反映了海水入侵的过程和规律,24Ω·m等值线（面）较好地对应了入侵中咸淡水的分界面。二维和三维高密度电阻率成像法推断的咸淡水分界面基本呈下凹抛物线型逐渐入侵淡水区。海水入侵范围逐渐扩大,最终趋于稳定。（4）地下水的开采,加剧了海水入侵的程度。不同维度的电阻率图像上反映的海水楔形体的形态和运移规律具有一致性。其中,开采压强最先重点作用于含水层中下部,诱发海水楔形体中部的升锥现象及含水层底部的回退现象,而后着重作用于含水层表面,加剧表面的海水入侵范围,最终海水楔形体不同位置处的咸淡水分界面呈一垂向锋面,稳定在距抽水井水平距离0.1m位置处。

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Abstract

1 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 理论研究

1.2.2 试验研究

1.2.3 监测研究

1.2.4 电阻率指标研究

1.3 研究内容

1.4 技术路线

1.5 研究创新

2 材料与方法

2.1 试验装置

2.1.1 驱替试验

2.1.2 物理模型试验

2.2 试验材料

2.2.1 水样

2.2.2 试验砂

2.2.3 抽水井

2.2.4 测量电极

2.3 试验过程

2.3.1 电阻率与矿化度关系

2.3.2 含水层

2.3.3 背景（空白）试验

2.3.4 入侵试验

2.4 数据采集

2.4.1 基本原理

2.4.2 采集方法

2.4.3 电极布置

2.5 数据处理

2.5.1 电阻率与矿化度数据

2.5.2 高密度电阻率数据

2.6 本章小结

3 结果与分析

3.1 电阻率与矿化度关系

3.2 含水层电阻率背景（空白）值特征

3.2.1 反演方法检验

3.2.2 二维高密度电阻率特征分析

3.2.3 三维高密度电阻率特征分析

3.3 零水头差下海水入侵运移规律

3.3.1 二维井间电阻率特征分析

3.3.2 三维高密度电阻率特征分析

3.4 抽水条件下的海水入侵运移规律

3.4.1 二维井间电阻率特征分析

3.4.2 三维高密度电阻率特征分析

3.5 本章小结

4 讨论

4.1 电阻率与矿化度的定量关系分析

4.2 零水头差下的海水入侵分析

4.3 抽水条件下的海水入侵分析

4.4 研究展望

5 结论

6 参考文献

7 致谢

8 附录

攻读学位期间发表论文情况

攻读学位期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭龙凤

导师: 王刚

关键词: 海水入侵,高密度电阻率成像法,电阻率,咸淡水界面,无损监测

来源: 山东农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学,地质学

单位: 山东农业大学

分类号: P731.2;P641

总页数: 79

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