弱透水层中的反渗透效应对地下水盐分运移的影响机理

The migration of groundwater in aquitard has important value on researching groundwater resources constitution and groundwater pollution. Studies had shown that aquitard has a semi-permeable membrane property, but different aquitard medium has different characteristics，and there is no accepted reverse osmosis mechanism theory of groundwater in aquitard till now. This study will taking aquitard as the research object, which consisted of clay and locates in Middle East of North China Plain, use the test methods of shut-in monitoring system, launch an in-situ monitoring and indoor experiment, study on the law of seepage of groundwater in aquitard. This research selects occurring conditions and flux of reverse osmosis as a breakthrough, takes salt migration as identification, research the effect of aquitard mineral composition and pore structure characteristics affecting on groundwater osmosis, analyze the relationship of different thickness of clay and osmotic pressure, research the layer thickness conditions of reverse osmosis occurrence and permeability efficiency, explain the time and space characteristics of penetration in aquitard under constant head conditions, answer the question of salt migration regularity in aquitard; build groundwater migration model under chemical gradient and hydraulic gradient conditions, comparative analysis with indoor and in-situ experimental datum, to clarify the mechanism of groundwater flow in aquitard tentatively.

弱透水层中地下水的运移对揭示地下水资源组成及深层地下水污染具有重要意义，已有研究表明弱透水具有半透膜特性，能够起到截留盐分的作用。但不同的弱透水层介质表现各异,现阶段还没有公认的粘性土中地下水反渗透机理方面的理论。本研究以华北平原中东部大面积粘性土构成的弱透水层为研究对象，利用嵌入式实时地下水监测方法，开展原位条件监测和室内试验，研究弱透水层中地下水的渗透规律。研究思路上选择以反渗透发生的条件及通量为突破口，以盐分运移为标识，研究弱透水层中矿物组成及孔隙结构特征对地下水渗透的影响；分析不同厚度粘性土与渗透压的关系，研究反渗透效应发生的层位厚度条件及渗透效率；解释定水头条件下，弱透水层两侧发生渗透的时间、空间特征；分析盐分在弱透水层中的运移规律；建立化学梯度和水力梯度耦合控制条件下的地下水运移模型，对比室内试验数据，初步阐明华北平原弱透水层中地下水运移机理。

反渗透是在压力驱动下溶剂透过介质从溶液高浓度区流向低浓度区的一种特性，而已有研究已经证明在弱透水性的黏性土中存在有相似的渗透形式，这对揭示地下水资源组成及深层地下水污染具有重要意义。不同的土壤介质由于岩性各异,现阶段还没有公认的粘性土中地下水反渗透方面的理论。.本研究以华北平原中东部大面积分布粘性土组成的弱透水层为研究对象，重点开展弱透水层中地下水渗透规律的研究。研究思路上选择以反渗透发生的条件及通量为突破口，研究弱透水层中矿物组成及孔隙结构特征对地下水渗透的影响；分析不同厚度粘性土与渗透压的关系，研究反渗透效应发生的压力水头和溶液浓度条件及阻盐效率；解释定水头条件下，弱透水层两侧发生渗透的时间、空间特征；分析盐分在弱透水层中的运移规律；建立化学梯度和水力梯度耦合控制条件下的地下水溶质运移模型，阐述华北平原弱透水层中地下水运移规律。.项目选择了华北平原作为研究区，以多层含水层系统为研究对象，开展了100m深度范围内黏性土的分布规律调查，获取了土壤埋深、水化学、同位素等关键测试数据，刻画了模拟试验的边界条件。选择太行山前至渤海边剖面，调查分析了原位土层的物理特征和含盐规律，采集土壤样品测试了土壤粒度、土壤盐分含量、阳离子交换量等数据。利用黏性土和砂土两种介质模拟了三层含水层系统，开展了不同压强不同浓度溶液条件下的渗透模拟实验，获得了特定黏性土层在不同条件下的盐分截留率、土壤颗粒分级、土壤水化学等重要数据，从土壤孔隙水中电导率启动特征、电导率峰值变化、压力水头与电导率的相关性、阳离子交换量与释出水水化学变化等方面分析了溶质在多层含水层中的运移规律。.构建了三个含水层夹弱透水层组成的含水层系统盐分运移模型，利用试验监测数据和神经网络预测方法确定了模型的关键参数。在综合分析基础上，进行了有反渗透效应条件下的弱透水层中溶质运移规律综合研究，为地下水资源评价和开发利用提供了理论和数据支持。