莱州湾东岸滨海平原海水入侵的动态监测与数值模拟研究

论文题目: 莱州湾东岸滨海平原海水入侵的动态监测与数值模拟研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 海洋地质

作者: 李福林

导师: 王永吉,夏东兴,李培英

关键词: 海水入侵,海岸含水层监测,数值模拟莱州湾东岸

文献来源: 中国海洋大学

发表年度: 2005

论文摘要: 海水入侵是世界上海岸含水层中十分普遍和广泛分布的污染问题,认识、预测、防治以及含水层管理最好的途径便是进行监测和计算机的数值模拟。 本篇论文选择中国莱州湾东岸滨海平原作为研究区,通过研究,得到如下重要结论: (1)莱州湾东岸广泛分布沙质海岸地貌和第四系沉积物。受地质历史上两次海侵的影响,冲洪积物形成的陆相含水层延伸到海底很远的地方,这种海岸含水层结构和海岸环境给咸水向淡水区入侵提供了非常便利的通道。 (2)莱州市与山东省的的人均水资源量基本持平,地下淡水资源量较少。水资源供需平衡分析表明,即使南水北调工程完成后,现状的水资源供应也难以满足需求,水资源本身的缺乏和地下水超采是诱发海水入侵的关键因素。 (3)莱州市从上世纪70年代末便开始地下水位和水质的系统监测工作。多年的监测表明,海水入侵经历了初期发展、加速发展以及回退三个阶段。最近咸淡水界面自陆向海的回退的主要不是因为降水的增加和地下淡水开采量的减少,而是近岸海底含水层抽取咸水导致。 (4)莱州湾东岸的海底地下水分布在海底以下的第四系沉积物中,该类咸水储存在半承压含水层中,与储存在陆相含水层中的淡水具有较强的水力联系,并接受淡水的补给。现在大量的咸水被开采出来。研究表明,像PH值、密度、钠吸附比(SAR)等特征离子值,从陆向海遵循一定的分布规律。比如陆地含水层的高值硝酸盐也在海底地下水中有较好的反映。从陆向海,水化学类型逐渐从Cl-Ca.Na.Mg型向Cl-Na.Mg型和Cl-Na型转化。另一方面,离子强度(IS)和矿物相的饱和指数(SI)也遵循一定的分布规律,构成海岸带一般的水文地球化学演变模式。应用水化学方法可以较容易地确定海水入侵。 (5)除了水化学方法,物探技术包括垂向电阻率测深、瞬变电磁测深和激发极化方法也可用来监测海水入侵的发展。同时,包括Gamma射线和感应电导率测井的地球物理测井技术也被用作典型剖面的探测。通过探测曲线的解译,可以产生一系列的监测指标来确定咸淡水界面的动态变化。 本文通过大量的野外试验数据,获取了海水入侵监测的两类指标,一是由特征化学离子比值组成的水文地球化学指标,另外是由电阻率和Gamma值组成的地球物理指标。文中还给出了两类指标间的对应关系,并介绍了监测工作中应注意的一些事项。 (6)数值模拟是文中最重要的工作,首先利用小范围的抽水试验来验证水文地质参数,发现效果较好,因而该地区同类大量的抽水试验资料可以用作计算机模拟所需要的参数。

论文目录:

前言

0．1 背景

0．2 研究目的、意义

0．3 研究区范围

0．4 引进技术

0．5 研究方法和手段

0．6 研究进度

1 国内外海水入侵研究状况

1．1 国外海水入侵研究进展

1．1．1 海水入侵的研究阶段

1．1．2 海水入侵的数学模型

1．1．3 其他方面海水入侵的研究

1．2 国内海水入侵研究概况

2 自然环境及水资源状况

2．1 自然地理状况

2．2 海岸地貌与沉积环境

2．2．1 海岸地貌和滨海平原类型

2．2．2 古环境演变和第四纪冲积物结构

2．3 水文地质条件

2．3．1 地下水类型

2．3．2 水文地质分区

2．3．3 地下水运动规律

2．3．4 区域水文地质条件与海水入侵的关系

2．4 水资源现状和开发利用情况

2．4．1 水资源现状

2．4．2 水资源开发利用状况

2．5 水资源供需平衡分析

2．5．1 可供水量分析

2．5．2 需水量预测

2．5．3 供需平衡分析

3 海水入侵的动态监测

3．1 地下水位的动态监测

3．2 地下水的水质监测

3．2．1 海水入侵的水化学监测指标

3．2．2 莱州市多年海水入侵的水质监测

3．2．3 典型剖面的多指标监测

3．3 含水层导电性能监测

3．3．1 物探监测指标

3．3．2 典型剖面海水入侵的物探监测

3．3．3 地球物理测井

3．4 咸淡水界面的综合监测指标

4 海水入侵的数值模拟

4．1 水文地质试验

4．1．1 抽水试验区概况

4．1．2 抽水试验安排

4．1．3 水文地质参数计算

4．2 海水入侵的数学模型

4．3 FeFlow软件特点及其数值计算方法

4．3．1 FeFlow的应用领域

4．3．2 系统输入特点

4．3．3 系统模型求解特点

4．3．4 系统结果输出及显示

4．3．5 FeFlow软件应用的基本步骤

4．4 典型海水入侵问题的二维数值模拟

4．4．1 Henry问题和 Huyakorn问题

4．4．2 地下水漏斗运移状态下的海水入侵模拟

4．4．3 地下咸水开采条件下海水入侵模拟

4．4．4 地下水库对海水入侵影响的模拟

4．5 莱州市海水入侵的数值模拟

4．5．1 水文地质概念模型

4．5．2 三维数值模型的建立

4．5．3 模型运算及结果的校准和验证

5 海水入侵发展的宏观趋势预测分析

5．1 海水入侵关键因子分析

5．1．1 降水分析

5．1．2 开采条件分析

5．2 人工神经网络模型

5．2．1 神经网络模型的原理

5．2．2 海水入侵神经网络算法的确定

5．2．3 BP神经络预报的程序建立

5．2．4 BP神经网络模型的改进

5．2．5 海水入侵网络模型识别与检验

5．2．6 海水入侵网络模型预报与分析

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

发布时间: 2005-10-26

参考文献

• [1].莱州湾地区海水入侵的影响机制及预警评价研究[D]. 陈广泉.华东师范大学2013
• [2].莱州湾南岸海（咸）水入侵动态监测及演化研究[D]. 苗晋杰.中国地质大学(北京)2014

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