一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法技術

本發明專利技術提供了一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法,本發明專利技術利用普遍存在的地下水開采井，通過優化開采井的形式、分布和能力，建立既能保證安全開采地下淡水、又能修復殘余咸水污染的開采井優化技術，達到利用和保護濱海地下水庫淡水資源的雙重目標。針對地下水庫殘余咸水污染問題，本發明專利技術利用普遍存在的地下水開采井，通過優化開采井的形式、分布和能力，建立既能保證安全開采地下淡水、又能修復殘余咸水污染的開采井優化技術。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及濱海咸水修復，具體而言，特別涉及一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法。

技術介紹

1、20世紀80年代后期，由于氣候連年干旱，地下水開采大幅增加，許多地區相繼出現大面積地下水降落漏斗和海水入侵等環境地質問題，新的地下水開發利用方式“地下水庫”開始在山東半島得到應用。利用天然地下儲水空間興建的具有攔蓄、調節和利用地下水流作用的一種水利樞紐，有著地表工程不可比擬的優越性。地下水庫的開發不僅有效增加了水資源的供應，而且基本消除了區域日益嚴重的海水入侵之患，對于地下水資源開發、利用和保護具有重要應用和推廣價值。

2、在濱海建設地下水庫，多需兼顧調蓄水資源和防止海水入侵的雙重需求，基本均需構建地下截滲壩，用于防治下游海水的陸向侵入。地下截滲壩常用的施工材料為混凝土、水泥漿、膨潤土等，壩體的底部嵌入含水層隔水底板，壩體高度一般接近地面或者0?m等高線，從而形成咸水向陸地推進的全剖面物理阻斷，基本隔絕地下水庫與下游的水力聯系。依據地質條件，常見的施工工藝有原位攪拌法、鋼板樁法、高壓噴射灌漿法、地下連續墻法等。工程實施后，壩內殘余咸水不可避免地滯留在地下水庫中，由于隔絕的水力聯系，無法通過海向排泄進行清除。

3、滯留的殘余咸水持續向內陸運移，污染地下淡水，成為地下水庫不可忽視的污染源。青島大沽河地下水庫工程實踐表明，截滲壩建造20年后，殘余咸水污染面積增加到15.17?km2。地下水庫的建設是為了更好地利用和保護淡水資源，而附帶引起的殘余咸水污染問題則違背了工程項目的初衷，亟需研發低成本、有效的原位修復技術，清除殘余咸水，達到保護地下水庫淡水資源的目標。

4、濱海地下水庫修建后，由于與下游隔絕的水力聯系，地下截滲壩內的殘余咸水不可避免地滯留在地下水庫中，無法通過海向排泄進行清除。滯留的殘余咸水持續向內陸運移，污染地下淡水，成為地下水庫不可忽視的污染源。現有的技術方案要么不具備普遍性，要么偏理論、脫離實際工況，無法解決已建地下水庫的污染問題。

5、現有技術方案

6、1）申請公布號cn114319404a：本專利技術提供了一種防治海水入侵和凈化殘留咸水的地下帷幕及其施工方法,根據濱海地區的水文地質條件,確定海水入侵和地下含水層等相關區域；組合式地下帷幕包括兩個墻體并且沿地下水水流方向前后分布,包括上懸式墻體位于內陸地下含水層一側,下沉式墻體位于靠近海水一側；下沉式墻體設置在含水層底部,下部嵌入不透水基巖；墻體上部開口位于當地海平面和咸水楔10%海水鹽度等值線之間；上懸式墻體設置在含水層的上部,自地表開始修建,在含水層底部留有開口,上懸式墻體的底端需低于下沉式墻體頂端；上懸式墻體與下沉式墻體之間的距離為下沉式墻體高度的1/5～4/5；通過本專利技術的技術方案,可以有效地防治海水入侵,去除地下帷幕建立后上游地下水源地的殘留咸水。

7、2）學術論文《非等溫條件下潛水含水層壩后殘留咸水淡化過程研究》（中國海洋大學學報（自然科學版），2024，54（05）：115-124）：本文采用場地尺度的二維地下水-鹽-熱耦合數值模型，研究了咸淡水溫差對殘留咸水回退（淡化）過程的影響，定量評價了建壩后殘留咸水楔長度和總殘留鹽分的動態變化。該論文假設地下水庫與下游的水力聯系是存在的，通過降低地下截滲壩高度（為含水層厚度的53%），允許地下水庫中淡水和殘留咸水繞過壩頂向海排泄，在淡水水力梯度驅動下殘留咸水逐漸回退，達到清除殘余咸水目標。該研究為將來地下水庫建設和截滲壩高度設計提供了科學參考。

8、3）學術論文《utilization?of?pit?lake?on?the?cleaning?process?ofresidual?saltwater?in?unconfined?coastal?aquifers》（scienceof?the?totalenvironment，2021，770：144670）：在青島大沽河地下水庫，采砂挖掘形成了深度在8-26?m的人工沙坑，地下水庫中的地下水通過側向補給流入沙坑，形成面積接近94公頃的地表坑湖。該論文提出利用人工坑湖加速殘余咸水排泄，從而逐漸清除地下水庫中的殘余咸水，并通過場地監測和數值模擬技術預測了人工坑湖排泄修復殘余咸水的效率。發現當坑湖排泄速率增加到1.6×105m3/d，修復效率提高了17倍，修復時間由20年縮短到5年。

9、現有技術（1）和（2）均假設地下水庫與下游的水力聯系是存在的，通過降低地下截滲壩高度，允許地下水庫中淡水和殘留咸水繞過壩頂向海排泄，在淡水水力梯度驅動下殘留咸水逐漸回退，達到清除殘余咸水目標。特別是現有技術（1），在地下物理壩上游安裝有導流作用的懸掛式截滲壩，將地下水流導入殘余咸水區，加速殘余咸水的凈化。這些方法為將來地下水庫建設和截滲壩高度設計提供科學參考，但并不適用于當前已經建立的地下水庫，原因是目前已建的地下物理壩往往貫穿含水層，其高度大于含水層厚度，從而完全隔絕地下水庫與下游的水力聯系，殘余咸水根本不能向海排泄。

10、現有技術（3）利用地下水向人工坑湖排泄，加速殘余咸水凈化，取得了很好的修復效果。但該方法具有特殊性，在大沽河地下水庫殘余咸水區上方剛好存在一個較深的人工坑湖，允許地下水向地表水排泄，但這并不意味著濱海所有的地下水庫均存在這樣的人工坑湖，因此該方法不具備普遍性，并不適合濱海所有的地下水庫。

11、除了地下截滲壩之外，地下水庫系統組成還包括地下水開采工程，主要指用于抽取地下水的各種開采井、集水廊道及附屬構筑物等。建造地下水庫就是為了更好的用水，取水工程在地下水庫效能發揮中起著重要作用。

技術實現思路

1、為了彌補現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法。本專利技術利用普遍存在的地下水開采井，通過優化開采井的形式、分布和能力，建立既能保證安全開采地下淡水、又能修復殘余咸水污染的開采井優化技術，達到利用和保護濱海地下水庫淡水資源的雙重目標。針對地下水庫殘余咸水污染問題，本專利技術利用普遍存在的地下水開采井，通過優化開采井的形式、分布和能力，建立既能保證安全開采地下淡水、又能修復殘余咸水污染的開采井優化技術。

2、本專利技術是通過如下技術方案實現的：一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法，其特征在于,具體包括以下步驟：

3、步驟s1：對濱海含水層進行水文地質調查和監測，確定平均海平面位置、地面、非飽和帶、潛水面、含水層隔水底板，海水入侵會在濱海含水層底部形成一個咸水入侵區；通過在咸水入侵區修建不透水的地下物理壩，攔截入侵的海水，地下物理壩上游即為地下水庫；由于地下物理壩壩體的隔絕作用，部分咸水滯留在地下水庫中，形成初始殘余咸水區，可進一步分為初始高濃度殘余咸水區和初始低濃度殘余咸水區；

4、步驟s2：地下水庫中，殘余咸水密度高于周圍地下淡水，在咸淡水密度差驅動下，殘余咸水持續向內陸侵入，由氯離子0.25?g/l等濃度線包圍的瞬時殘余咸水區即為污染區；污染區范圍隨時間逐本文檔來自技高網...

【技術保護點】

1.一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法，其特征在于,具體包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法,其特征在于,所述開采井（15）的形式間歇抽水。

【技術特征摘要】

1.一種基于地下水開采的濱海地下水庫殘余咸水修復方法，其特征在于,具體包括以下步驟：

2.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：方運海，錢家忠，馬雷，駱乾坤，鄧亞平，馬海春，張瑞鋼，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：