含水介質(zhì)水敏感性的初步研究.pdf

1、咸淡水過渡帶是一個從高鹽度咸水到低礦化地下水的狹長帶。咸淡水過渡帶含水介質(zhì)水敏性的存在具有雙重意義：第一，對于咸水入侵地區(qū)，這一性質(zhì)會使得含水介質(zhì)的滲透性發(fā)生不利于地下咸水恢復(fù)的變化，由于含水介質(zhì)滲透性的大幅度下降，單純的注入淡水來驅(qū)替咸水變得極為困難；第二，由于水敏性的存在，使得防止咸水入侵有了新的方法和思路。因此，對咸淡水界面含水介質(zhì)水敏性的研究具有重要理論意義和應(yīng)用價值。 本研究在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，分別采集青島石老人海水、

2、大沽河河水、海水入侵區(qū)的含水介質(zhì)，通過大量的室內(nèi)柱狀試驗和批量試驗，弄清含水介質(zhì)在不同水化學(xué)和水動力條件下顆粒釋放、運移和沉積的動力學(xué)過程，掌握含水層水化學(xué)變化、顆粒釋放、運移、沉積和滲透性變化的內(nèi)在有機聯(lián)系，為咸水入侵的定量評價和防治提供科學(xué)的依據(jù)。研究結(jié)果表明： (1)流體流動速率越大，水動力也越大，細微顆粒就越容易發(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溶液的離子強度有關(guān)，溶液離子強度越高，越不容易引起顆粒

3、釋放。批量試驗為了防止水動力釋放而確定的振蕩頻率不能超過150次／min，土柱試驗中確定的臨界進水流速為21mldmin。 (2)土柱試驗中將振蕩頻率設(shè)置在150次/min，得到影響顆粒釋放的臨界鹽濃度為0.06±0.005mol/L:在土柱試驗中保持進水流速為1.5mL/min，得到顆粒釋放的臨界鹽濃度在0.06mol/L附近。兩者所得結(jié)果基本吻合。釋放出的顆粒主要由伊利高嶺石和綠泥石等非膨脹性的粘土礦物組成。 (3)

4、批量試驗和土柱試驗證明在強酸性條件下，顆粒釋放時間短，釋放累積量少；而在強堿性條件下，顆粒釋放時間長，顆粒釋放累積量最多；中性條件下顆粒釋放時間和顆粒釋放累積量值居中，這說明在相同水動力條件下，高pH值時的顆粒釋放傾向要遠遠大于低pH值時的情況。雖然在地下水環(huán)境中pH值的變化范圍是6—8，可調(diào)范圍不大，但是根據(jù)試驗所得堿性環(huán)境能夠增強顆粒釋放的結(jié)果，我們可以在地下水pH值允許范圍內(nèi)適當(dāng)提高pH值，使含水介質(zhì)中顆粒釋放達到最大量，以此提高

5、含水層的水敏性，降低咸淡水界面上含水介質(zhì)的滲透性，以獲得理想的天然或人工地下防滲帶，防止咸水入侵的發(fā)生。 (4)批量試驗中Ca<'2+>摩爾百分數(shù)為5％時，對應(yīng)顆粒釋放的臨界離子強度為0.02mol／L，Ca<'2+>摩爾百分數(shù)為10％時，對應(yīng)顆粒釋放的臨界離子強度為0.007mol／L。從上面的對比中我們發(fā)現(xiàn)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度值越低，反映出Ca<'2+>對顆粒釋放有抑制作用且這種

6、抑制作用隨著Ca<'2+>含量的增高而增強。在土柱試驗中我們從監(jiān)測流出液內(nèi)顆粒釋放這個角度進一步驗證了二價態(tài)Ca<'2+>離子對顆粒釋放的抑制作用，試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)驅(qū)替液中Ca<'2+>摩爾百分數(shù)為0％時，發(fā)生顆粒釋放，但當(dāng)Ca<'2+>摩爾百分數(shù)增至100％時，沒有發(fā)生顆粒釋放。 (5)在河水與海水互相驅(qū)替的過程中，咸淡水過渡帶上的含水介質(zhì)存在明顯的水敏感性。在水擊試驗中，首次用河水對海水進行驅(qū)替時，含水介質(zhì)滲透性下降了50.0％。

7、在鹽度漸變試驗中，首次對海水進行驅(qū)替時含水介質(zhì)的滲透性僅下降了14.4％，而驅(qū)替水完全是河水時含水介質(zhì)的滲透性也只是下降了25.1％。對比水擊試驗和鹽度漸變試驗可知，含水介質(zhì)滲透性的下降程度不僅受鹽度大小的影響，同時也受鹽度遞減速率的影響。水流沖擊試驗中溶液鹽度遞減速率快，則滲透性降低程度大。在鹽度變化條件下含水介質(zhì)滲透性的降低可能是由釋放出的伊利石、高嶺石和綠泥石這些非膨脹性粘土礦物充填孔隙或在孔喉處形成顆粒堵塞造成的。 (6

8、)隨著滲透時間的推移，滲透性可下降1～3個數(shù)量級，且滲透性的降低具有不可逆性，即重新通入海水時滲透系數(shù)也不能完全恢復(fù)。 (7)通過水動力彌散試驗測定了咸淡水驅(qū)替過程中水．鹽動力學(xué)參數(shù)。在淡水驅(qū)替咸水的過程中，驅(qū)替前砂樣的有效孔隙度為39.3％，彌散系數(shù)為0.52cm<'2>／min，彌散度為2.656 cm。淡水驅(qū)替咸水后，有效孔隙度隨時間呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，至試驗結(jié)束時有效孔隙度降至3.6％，彌散系數(shù)為0.35 cm<'2>／