抽咸注淡过程中孔隙含水层堵塞机制与效应研究

人工回灌造成的含水层堵塞已经受到国际上的高度关注，它是资源与环境领域重要的科学与技术问题。本课题在研究区水文地质调查的基础上，全面测定雨洪水、地下咸水、含水介质和悬浮固体的组成和物理-化学性质；借助不同尺度的室内和原位模拟试验、地球化学数值模型及悬浮物的荧光标记技术，系统研究雨洪水与地下咸水含水层的相容性、咸淡水界面的水敏感性、咸水含水层中悬浮物迁移-沉积规律、微生物活性及其复合堵塞效应，从而深入探讨咸水含水层堵塞的内在机制与水动力影响效应，优化雨洪水注入咸水含水层的适宜物理、化学、生物等控制条件。该课题的研究可为含水层堵塞防治和地下咸水含水层治理提供科学依据。

地下水人工补给是解决当前水资源短缺的有效方法之一。然而，在人工回灌过程中，含水层堵塞问题是制约人工回灌技术广泛应用的关键因素。本课题在研究区水文地质调查的基础上，全面分析和测定含水介质、雨洪水和悬浮固体的组成和物理-化学性质。借助不同尺度的室内外试验、数值模型和现代分子生物学分析技术，系统研究雨洪水与地下咸水含水层的相容性、咸淡水界面的水敏感性、人工回灌过程中悬浮物迁移-沉积规律、微生物生长代谢规律，揭示了咸水含水层中物理、化学、生物堵塞的内在机制，并提出含水层堵塞防治措施。研究取得以下主要创新性成果：⑴ 随着回灌水增加，碳酸盐饱和指数逐渐减小，伊利石和高岭石由饱和状态变为不饱和状态，而玉髓、长石类矿物始终处于不饱和状态，所以本区人工回灌具有生成碳酸盐矿物沉淀的可能性。⑵ 含水介质水敏感性的原因为粘粒释放致使相邻孔隙的连接通道发生阻塞、中断，咸淡水界面上渗透性的突变具有不可逆性。⑶ 含水介质粒径、悬浮物浓度和粒径、渗流速度是影响含水层堵塞的主要影响因素，高浓度和细颗粒悬浮物、大的渗流速度会导致含水介质的非均质性；否则，仅形成表层的物理堵塞。⑷ 渗流初期含水介质渗透性的降低归因于细菌数量的增多和体积的增大；渗流中期含水介质渗透性的下降主要原因是细菌与胞外聚合物的共同作用；渗流后期细菌数量和内层聚合物含量均呈现下降趋势，细菌分泌的外层聚合物是导致含水介质渗透性继续降低的关键因素。该课题的研究对于地下水资源可持续开发和地下咸水含水层治理具有重要的科学意义和应用价值。