滨海浅层非均质含水层中溶质运移机理和过程研究

Various coastal hydrogeological, ecological and environmental problems are serious and complex, due to increasing population and developments in coastal areas, as well as the combined influences of inland groundwater forcing and oceanic oscillations. Therefore, the researches on coastal zone have become hotspot issues. This project will research on the coastal shallow anisotropic aquifers. Simulations of coupled seawater and groundwater flow, salinity and conservative contaminant transport will be conducted in parallel to the experimental observation and field investigation. The mechanism and process of salinity and conservative contaminant transport in the aquifer will be discussed. The pathways discharge into the sea and the flux variation of land-derived contaminant will be determined. Sensitivity analyses will be conducted to assess the role of real factors, such as tide fluctuation and inland freshwater recharge, beach slope, capillarity, density variation of contaminant, influencing on solute transport in the aquifer. We will collect the field observations in near shore area of Laizhou Bay. The established model will be used to explain the useful information in the field observation data. It will provide new theoretical and technical support for solving the water resources, ecological and environmental issues in coastal areas.

滨海地区人口密集、经济发达，且由于同时受陆地和海洋过程的影响，水文地质、生态和环境问题比较复杂和严重，这使得海岸带成为研究热点。本项目将以滨海浅层非均质含水层为研究对象，结合室内实验、数值模拟和现场调查等研究手段，建立海陆交界面海水-地下水水流与盐分、保守性污染物运移过程的耦合模型，深入研究盐分和保守性污染物在含水层中迁移的机理和过程，确定陆源污染物的地下入海路径和通量。通过敏感性分析，探讨复杂因素如海潮波动和内陆淡水补给、海滩地形坡度、非饱和带毛细效应、污染物密度效应等对溶质运移过程的影响方式和程度。搜集积累莱州湾近岸区域现场观测数据，利用我们建立的模型解释和挖掘现场观测数据中隐含的有用信息，从而为解决海岸带的水文水资源、生态和环境问题提供新的理论和技术支撑。

滨海含水层或潮间带位于水陆交界带的中心，这里的地下水流和溶质运移过程受众多非线性复杂因素的共同作用。本项目以滨海浅层非均质含水层为研究对象，通过现场调查及试验，理论分析和数值模拟，深入研究了含水层中溶质迁移的机理、过程和影响因素。主要研究内容及重要结果包括：（1）以砾石型海滩含水层为研究对象，在分析地下水位、盐度及锂示踪剂浓度数据基础上，采用二维有限单元模型MARUN模拟了非均质海滩中地下水位及溶质运移规律。示踪剂运移实验表明，由于海滩具有两层结构、海潮的水位波动以及内陆淡水补给作用，使得注入到该海滩的示踪剂（或者可视为营养液）滞留时间很短，在一个半日潮海潮周期内就被冲刷至海里。该研究揭示了砾石和砂砾混合型海滩中污染物运移机理。（2）考虑了内陆地下水开采条件下海水入侵规律，海水会以楔形体的形式沿着渗漏通道（渗透系数较大的介质）向内陆侵移，且入侵浓度梯度逐渐减小。但随着抽水量的增加，入侵范围向粘土层扩散，整体上看海水侵移符合楔形体的运移规律。（3）基于线性解析模型，考察了海底深部多层含水层系统中陆源海底地下水排泄量（SGD）。该模型在空间尺度上在海底向海无限延伸，时间尺度上具有季节性变化。含水层系统由上至下分别为弱透水层(海底)、上下承压含水层以及位于其间的弱透水层组成。内陆补给由两部分组成，即与时间无关的年平均补给(常数)和季节性周期波动补给。推导出上下承压含水层中地下水水头波动的解析解，均为稳态解和周期解两部分线性叠加。对于内陆补给为常数或者季节性周期波动情形，当海底的越流系数由0.001 /d增至0.1 /d时，上承压含水层中海岸线处1.0 m的水头将产生的SGD为1.82 m2/d~18.3 m2/d。因此，上承压含水层具有相当大的可能性提供大量的来源于内陆的SGD。综合上述结果，本研究为海滩海水-地下水动力交互作用及海底地下水排泄量的研究奠定了理论基础。在该项目资助下以第一作者发表论文4篇，其中SCI检索2篇，EI检索1篇。