浅层大陆盐化咸水水文地质参数变异机制研究

北方平原区水资源匮乏，深层淡水过量开采，浅层微咸水利用率低，浅层淡水与咸水相间分布，浅层咸水的研究程度低，尤其咸水的演化、水文地球化学过程目前尚不清晰。.以浅层大陆盐化咸水为研究对象，采用野外中水驱替试验、室内实验（示踪渗透实验、驱替实验、离子交换吸附实验、混合实验、变盐度土柱实验、水岩作用实验）、一孔多层动态监测、同位素(O\H\C\CFCs)及数值模拟相结合的方法，研究不同时、空尺度咸水体的离子、络合组分存在形式及时空分布规律，探讨含水介质、水土化学组分对含水层渗透性、孔隙度等参数影响，将野外试验、室内实验与水动力场模拟和水文地球化学模拟结合，通过数值模拟，反演浅层咸水水化学场与水动力场的演化过程，揭示大陆盐化咸水水文地质参数的演化与变异机制。通过本研究不仅可以深化浅层地下咸水的形成与演化机理的认识，而且将为内陆咸水改良与利用提供依据。

北方平原区水资源匮乏，浅层咸水的资源价值没有得到足够重视，特别是对浅层咸水的形成与演化及其水文地球化学过程目前尚无深入认识。本研究以内陆浅层咸水为研究对象，取得如下认识：1）野外测试1252件样品结果表明，随地下水径流途径的加长内陆浅层水的TDS增高，形成呈点状分布的高矿化Cl•SO4-Na•Mg型浅层咸水区；平原区浅层咸水Cl-、SO42变异系数大，Cl型地下水有9类、SO42型水有5类；PHREEQC反向模拟地下水径流途径的水化学过程表明内陆咸水的形成与演化经历不同水文地球化学作用。2）历时3个水文年监测不同深度水质动态表明，天然条件下，垂向上浅层咸水电导率与深度呈指数关系，5m深度以下咸水水质动态稳定，降水、径流对咸水水质影响不明显。3）历时2个水文年对咸水区50个监测点野外监测表明，水平方向上咸水区范围相对固定，蒸发、降水和径流对咸水体的水平扩散影响较小。4）运用Piper三线图、离子比例系数分析，随着咸化程度的加深γNa/γCl比值呈现出减小的趋势，Ca2+来源可能与离子交换有关，浅层地下水咸化并非单纯由蒸发浓缩作用形成的，还与Na+与Ca2+等离子交换作用有关。溶滤作用并非是主因，内陆咸水多以大陆盐化咸水为主，次生盐化作用明显。5）同位素和piper三线图反映浅层咸水与深层淡水并非统一流动系统。2H、CFC同位素测试咸水年龄33~50年。6）钼酸铵示踪试验、野外大尺度咸水—中水驱替试验说明咸水体循环交替微弱，深度6.1m电导率历经44.6 d才恢复，地下径流对咸水体的水平扩散影响较小。7）室内土柱驱替实验表明，粉土渗透性下降64.869%、孔隙度下降13.668%，水文地质参数变化具有不可逆性。8）咸淡水驱替过程中黏粒释放及膨胀、水化学作用、驱替液的黏滞性是影响含水介质渗透性变异的主因，驱替的初期粘粒释放是主因，后期离子交换作用起到一定作用。9）驱替实验表明，临界离子强度为0.20～0.25 mol/L，Mg/Ca-Na阳离子交换作用显著，电导率>12 ms/cm，离子交换吸附作用显著。咸淡水驱替过程中存在吸附作用、离子交换作用、溶滤作用、脱白云岩化作用及混合作用。野外试验、室内实验、同位素示踪及水化学模拟揭示内陆浅层咸水区水文地质参数变异机制，提高了对内陆浅层咸水成因和演化机制的认识。