一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法技术

本发明专利技术提供了一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法,利用高度在最优区间的地下坝防治海水入侵，不仅能有效挡住入侵海水，还能增大上游含水层的自净能力，避免地下坝上游的地下水污染问题。通过本发明专利技术的技术方案，高度在最优区间的地下坝，不仅能有效阻挡住入侵的海水，将下咸水楔趾部区域拦截在坝体位置处，还能增大坝体上游含水层的地下淡水排泄量，提高含水层的自净能力，避免陆源污染物和残余咸水在坝体上游聚集、污染地下水。本发明专利技术设计的地下坝高度最优区间，区间内的地下坝高度均低于地表高程和0m等高线。本发明专利技术设计的地下坝高度较低，能够减少水泥、钢筋等材料和工程花费。等材料和工程花费。等材料和工程花费。

【技术实现步骤摘要】
一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法


[0001]本专利技术涉及防治海水入侵
，具体而言，特别涉及一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法。

技术介绍

[0002]海水入侵是沿海地区常见的自然灾害，海水和地下水密度的差异导致海水沿着含水层向内陆侵入，并在含水层底部形成下咸水楔（咸水区）。海水入侵会导致沿海地区地下淡水的咸化，降低淡水水质，引起淡水资源短缺、土壤盐渍化以及湿地退化等一系列生态环境问题，严重制约沿海地区社会经济的可持续发展。海岸带地下水超采严重，地下水位持续下降，而全球气候变化的影响，海平面不断抬升，海水入侵现象呈现不断恶化的趋势。在我国环渤海地区特别是莱州湾沿岸，海水入侵面积已经超过1
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104km2，土壤盐渍化面积达到1.35
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104km2。海水入侵防治已成为国家的战略需求，全国地下水污染防治规划（2011
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2020年）明确要求“采取综合措施，加快海水入侵区地下水保护治理，防治海水入侵”。
[0003]为了保护地下淡水资源、防治海水入侵，许多沿海国家修筑了地下坝。1990年以来，我国先后在烟台、威海、青岛建设了6座地下坝，目前山东省计划再建造15座地下截渗工程。地下坝是在含水层靠海一侧较为狭窄的位置修筑一段不透水的物理墙体，通过墙体的隔水作用阻挡入侵的海水，是一种切实可行且有效的防治海水入侵技术。地下坝建造后，可抬升上游地下水位，增大了淡水储存量，可被当作地下水库。
[0004]地下坝的底部嵌入含水层隔水底板，坝体高度一般接近地面或者0m等高线，从而形成咸水向陆地推进的全剖面物理阻断。在烟台八里沙河、黄水河、夹河、王河、青岛大沽河、白沙河建造的全剖面地下坝，下游入侵海水被阻截在坝体处，而上游含水层地下水开采成为唯一的排泄方式。工程实践中，地下坝常用的施工材料为混凝土、水泥浆、膨润土等，依据地质条件，常见的施工工艺有原位搅拌法、钢板桩法、高压喷射灌浆法、地下连续墙法等。
[0005]地下坝的存在阻碍了含水层上、下游间的水力联系，降低了地下淡水向海洋排泄的通量（甚至断流）。地下淡水排泄量与上游含水层陆源污染物的海向迁移、滞留咸水的净化息息相关，直接决定了含水层的自净能力。地下淡水排泄量的减少，降低了上游含水层的自净能力，陆源污染物和残余咸水容易在坝体上游聚集，污染地下淡水。烟台王河地下水库水质监测发现，地下坝上游和下游硝酸盐氮浓度差异较大，坝体上游地下水硝酸盐含量高达9.92 mg/L，而下游仅为0.76 mg/L。可见，地下坝的修建，增大了上游含水层地下水污染的风险。
[0006]地下坝的建造可以有效阻挡海水入侵，但工程实践表明坝体建造后，地下水向海洋排泄量减小（甚至断流），造成坝体上游含水层中陆源污染物富集、残余咸水滞留等问题，污染地下淡水，违背了利用地下坝保护滨海地下淡水资源的初衷。本专利技术对地下坝的高度进行优化，筛选既能有效挡住入侵海水又能增大地下淡水排泄的坝高区间，达到海水入侵防控和避免地下水污染的目的。

技术实现思路

[0007]针对地下坝引起的地下水污染问题，本专利技术提供了一种新的地下坝高度设计技术，利用高度在最优区间的地下坝防治海水入侵，不仅能有效挡住入侵海水，还能增大上游含水层的自净能力，避免地下坝上游的地下水污染问题。为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法。
[0008]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法，具体包括以下步骤：S1、对研究区进行水文地质调查和监测，确定近海区域、平均海平面位置、下咸水楔区域、上咸水楔区域、地下水位、非饱和带、地面、地下淡水区、含水层隔水底板、下咸水楔50%等盐度线、下咸水楔20%等盐度线、下咸水楔5%等盐度线，地下水位和含水层隔水底板之间为含水层；地下淡水区、上咸水楔区域、下咸水楔区域、下咸水楔50%等盐度线、下咸水楔20%等盐度线、下咸水楔5%等盐度线由观测井采集水样、测定、地统计差值确定或由物探方法确定；S2、选择在含水层靠海一侧的位置进行建筑地下坝；S3、地下坝的高度在地下坝高度最优区间选择，地下坝高度最优区间的下阈值为建筑地下坝前下咸水楔15%~20%等盐度线在坝体位置的高度，地下坝高度最优区间的上阈值为建筑地下坝前下咸水楔5%等盐度线在坝体位置的高度的1.1~1.3倍；S4、地下坝的高度在最优区间内进行选择；S5、地下坝以水泥作为胶结材料；S6、地下坝底部嵌入不透水完整基岩。
[0009]作为优选方案，地下淡水区、上咸水楔区域、下咸水楔区域、下咸水楔50%等盐度线、下咸水楔20%等盐度线、下咸水楔5%等盐度线由物探方法确定。
[0010]进一步地，物探方法包括航空电磁法、连续电断层影像、延时电阻率层析成像、电阻率层析成像、垂向电测深法。
[0011]作为优选方案，地下坝采用高压喷射灌浆技术与振动沉模工艺完成。
[0012]进一步地，地下坝的浇筑厚度为18 cm。
[0013]本专利技术由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：1、高度在最优区间的地下坝，不仅能有效阻挡住入侵的海水，将下咸水楔趾部区域拦截在坝体位置处，还能增大坝体上游含水层的地下淡水排泄量，提高含水层的自净能力，避免陆源污染物和残余咸水在坝体上游聚集、污染地下水。
[0014]2、现有的地下坝高度设计技术，一般将地下坝高度设置在接近地表或者0m等高线，地下坝高度较高。而本专利技术设计的地下坝高度最优区间，区间内的地下坝高度均低于地表高程和0m等高线。本专利技术设计的地下坝高度较低，能够减少水泥、钢筋等材料和工程花费。
[0015]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0016]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：图1为滨海含水层咸淡水分布和地下坝高度设计示意图；图2为地下坝建造前（a）和建造后（b、c）海水入侵范围和地下淡水排泄量；图3为地下坝建造前和建造后地下水位的变化；图4 为不同地下坝高度作用下实验室尺度含水层的地下淡水排泄量，其中，图1中附图标记与部件之间的对应关系为：1为近海区域、2为平均海平面位置、3为下咸水楔区域、4为上咸水楔区域、5为地下水位、6为土壤非饱和带、7为地面、8为地下淡水区、9为含水层隔水底板、10为下咸水楔50%等盐度线、11为下咸水楔20%等盐度线、12为下咸水楔5%等盐度线、13为地下坝、14为地下坝高度最优区间、15为地下坝高度最优区间的下阈值、16为地下坝高度最优区间的上阈值；图2中附图标记与部件之间的对应关系为：x为含水层垂向二维剖面的横坐标，z为含水层垂向二维剖面的纵坐标，e为地下坝建造前下咸水楔50%等盐度线，f为地下坝建造前下咸水楔20%等盐度线，g为地下坝建造前下咸水楔5%等盐度线，H1为地下坝建造前下咸水楔50%等盐度线在坝体位置的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防治海水入侵且提高含水层自净的地下坝高度优化方法，其特征在于,具体包括以下步骤：S1、对研究区进行水文地质调查和监测，确定近海区域（1）、平均海平面位置（2）、下咸水楔区域（3）、上咸水楔区域（4）、地下水位（5）、非饱和带（6）、地面（7）、地下淡水区（8）、含水层隔水底板（9）、下咸水楔50%等盐度线（10）、下咸水楔20%等盐度线（11）、下咸水楔5%等盐度线（12），地下水位（5）和含水层隔水底板（9）之间为含水层；地下淡水区（8）、上咸水楔区域（4）、下咸水楔区域（3）、下咸水楔50%等盐度线（10）、下咸水楔20%等盐度线（11）、下咸水楔5%等盐度线（12）由观测井采集水样、测定、地统计差值确定或由物探方法确定；S2、选择在含水层靠海一侧宽度狭窄的位置进行建筑地下坝（13）；S3、地下坝（13）的高度在地下坝高度最优区间（14）选择，地下坝高度最优区间（14）的下阈值（15）为建筑地下坝前下咸水楔15%~20%等盐度线（11）在坝体位置的高度，地下坝高度最优区间（14）的上阈值（16）为建筑地下坝前...

【专利技术属性】
技术研发人员：方运海，钱家忠，马雷，骆乾坤，马海春，邓亚平，刘咏，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：