一种系统检测海水入侵的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种系统检测海水入侵的方法，包括以下步骤：1)通过咸淡水驱替试验建立研究区电阻率与水化学指标的定量关系，得到判断海水入侵的电阻率阈值；2)通过大比尺水槽试验验证电阻率阈值的准确性；3)利用数值模拟法研究不同因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响；4)结合已得到的研究成果，对研究区开展电阻率法现场测量，圈定研究区海水入侵的范围，确定海水入侵的程度和发展趋势。本发明专利技术所述的监测方法可以有效地避免水化学监测方法中因钻孔可能造成的咸淡水二次交叉污染问题，通过将室内试验、数值模拟与现场实测相结合，可查明示范区海水入侵的程度和范围，以及海水入侵的发展趋势，为海水入侵治理对策的合理提出奠定基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及，属于地下水勘探

技术介绍
水是人类不可或缺的资源，而地下水作为水资源的重要组成部分，是许多城市供 水和农业灌溉的主要水源之一。随着人类对水资源需求量的增加，人们对地下水的开采量 也在不断增加，但是由于对地下水资源的认识不足，缺乏对地下水分布及储量的科学评价， 很多滨海地区出现因过量开采地下水而引起的海水入侵问题，进而对当地的生产、生活造 成了严重威胁。 海水入侵的监测方法目前大致可以分为两类：物探监测法和地下水水化学指标监 测法。水化学指标监测法因需要钻孔取水样可能造成咸淡水的二次交叉污染，并且费时费 力，投资大；物探法监测只需在地面开展探测工作，快捷、不破坏场地环境，但无法准确的划 分地下水的污染范围，若要使其能够准确的评价海水入侵情况，就必须建立正确的水化学 指标与电阻率之间的相关关系，即采用电阻率法监测与水化学指标监测相结合的方法。 在常用的水化学监测指标中，cr浓度指标使用最为广泛。然而不同地质类型地 区的天然地下水中cr背景浓度差异很大，以至于判断海水入侵的Cit示准也有所不同；同 时，海水入侵的过程又常伴随着地下水中各离子的迀移、吸附和汇集，在实际应用中采用单 一cr监测指标难免会出现失误，应选择综合指标矿化度进行评价。 虽然许多研宄表明通过建立水化学指标与电阻率（电导率）的相关关系来确定电 阻率（电导率）特征值是可行的，但是有关利用矿化度指标确定电阻率特征值的研宄较少， 二者之间的定量关系，还有待进一步研宄。 电阻率实际上是土壤和地下水的综合反映，受地层岩性、水文地质等地区性因素 的影响。许多研宄者在进行室内试验时，先将砂土过筛后用自来水反复淘洗并烘干，其忽略 了地层因素对电阻率的影响，尤其是含水砂层颗粒间所夹杂的矿物成份对离子的吸附作用 引起的岩石电学特征的改变。这种情况下建立的回归关系是否正确，有待验证。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种系统检测 海水入侵的方法，该方法可以避免因钻孔取水样可能造成的咸淡水二次交叉污染问题，同 时，也可弥补物探方法无法准确圈定海水入侵范围的不足；本专利技术通过建立检测区矿化度 与电阻率的特征关系，得到该区判断海水入侵的电阻率特征值，通过电阻率法现场实测可 以更加准确、快捷的得到检测区的海水入侵情况，预测海水入侵的发展趋势。 本专利技术是通过下述技术方案实现的： ，包括以下步骤： (1)开展室内咸淡水驱替试验，获得检测区海水入侵的电阻率阈值：利用 DisplacementSandBox装置进行试验，得到不同浓度水样驱替完成时填充砂样的电阻率 值，建立检测区水化学指标矿化度和电阻率的定量关系，利用插值法得到国标中生活饮用 水矿化度指标l〇〇〇mg/L对应的电阻率值，将该值作为监测区域判断海水入侵的电阻率阈 值； (2)采用大比尺水槽开展海水入侵模拟实验，判断步骤1中的电阻率阈值是否可 以用于监测区域海水入侵情况的研宄：将海水染色，以示踪法标示海水的动态运移过程或 海水中盐分的迀移情况；利用照片分析、电阻率剖面分析与水样分析相结合的方法，验证用 步骤1中电阻率阈值判断检测区海水入侵情况的准确性； (3)针对大比尺水槽试验中咸淡水界面的形态构建地电模型，通过数值模拟法研 宄电阻率法对咸淡水界面的监测效果；并在已建模型的基础上，通过控制单一变量来研宄 咸化程度、粘土层电阻率值以及测量极距等因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响； (4)结合已有的水文地质资料和监测井钻孔资料，在检测区内布置多条测线，进行 电阻率法现场实测，结合前三步的研宄成果对实测数据进行分析解释，以得到检测区的海 水入侵情况。 进一步的，步骤1中所述的DisplacementSandBox装置的主体为一个无盖的长 方体，纵向由两块有机玻璃板分隔为3室，中间为填充测量室，两侧为水室，有机玻璃板上 钻有9个渗水孔；所述的水室两端的两个侧壁下方各有一个排水孔；所述的填充测量室两 端分别安置供电电极A、供电电极B，填充测量室中间位置分别安置测量电极M、测量电极N。 进一步的，所述的DisplacementSandBox装置的材料为有机玻璃板，水室和填充 测量室的规格均为210mmX40mmX30mm(长X宽X高），供电电极A、供电电极B，测量电极 M、测量电极N为40mmX40mm的铜电极板，各电极之间位置关系为AM= 85mm，MN= 40mm， NB= 85mm。 进一步的，步骤1中所述的填充砂样均为取自检测区的含水层砂样。 进一步的，步骤2中所述的大比尺水槽，其主体砂槽是一个无盖的长方体，砂槽侧 壁上留有6个接地孔，用于安装铜电极；所述的砂槽横向两端安装有海水室和淡水室，海水 室、淡水室和砂槽之间分别由一块钻有渗水孔的有机玻璃板隔开，渗水孔直径d= 0. 5cm， 在有机玻璃板两侧设有矮粧，以起到固定的作用；所述的海水室和淡水室分别安装一个定 水头装置，定水头装置分别安装马氏瓶I和马氏瓶II，马氏瓶I中盛装海水，马氏瓶II中盛 装淡水；两个定水头装置用于在试验过程中控制水位，为防止海水腐蚀，海水室和淡水室与 定水头装置之间分别采用硅胶管连接。 进一步的，所述的大比尺水槽的材料为有机玻璃板，尺寸为 180cmX25cmX60cm(长X宽X高）；所述的海水室、淡水室，二者尺寸均为 15cmX15cmX60cm(长X宽X高）。 进一步的，步骤2中所述的用于海水染色的着色示踪剂为胭脂红，电阻率剖面分 析中剖面采集时所用的测量极距为10. 〇cm。 进一步的，步骤3中，进行电阻率数值模拟研宄时，正反演计算使用的软件分别为 RES2DM0D软件和RES2DINV软件。 进一步的，步骤4中，进行电阻率法现场实测时，所用的电极间距为2.Om或3. 0m。 本专利技术所述的检测方法，与已有的监测方法不同，一方面是根据检测区地层的电 性变化情况和含水层的赋存特征，建立海水入侵区矿化度与地层电阻率的特征关系，而不 是单一cr指标与电阻率的特征关系；由于海水入侵具有地域性特征，以至于由单一c厂指 标与电阻率的相关关系得到的电阻率特征值并不完全适用，不能准确的反映检测区的海水 入侵情况；本专利技术通过矿化度与电阻率的特征关系得到检测区判断海水入侵的电阻率阈 值，使用此电阻率指标进行监测，可提高监测的准确性。另一方面，本专利技术是利用室内物理 模拟、数值模拟与现场测量相结合的方法，得到完善的海水入侵检测方法，用于查明检测区 海水入侵的范围和程度，预测海水入侵的发展趋势。【附图说明】 图1:本专利技术方法步骤1中所述的DisplacementSandBox装置的结构示意图； 图2:本专利技术方法步骤2中所述的大比尺水槽结构示意图； 图3 :实施例1步骤1中取样点的位置图； 图4:实施例1步骤1中，检测区矿化度与饱和含水砂层电阻率的特征关系图； 图5 :实施例1步骤2中，不同时刻咸淡水界面位置图； 图6 :实施例当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统检测海水入侵的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)开展室内咸淡水驱替试验，获得检测区海水入侵的电阻率阈值：利用Displacement Sand Box装置进行试验，得到不同浓度水样驱替完成时填充砂样的电阻率值，建立检测区水化学指标矿化度和电阻率的定量关系，利用插值法得到国标中生活饮用水矿化度指标1000mg/L对应的电阻率值，将该值作为监测区域判断海水入侵的电阻率阈值；(2)采用大比尺水槽开展海水入侵模拟实验，判断步骤1中的电阻率阈值是否可以用于监测区域海水入侵情况的研究：将海水染色，以示踪法标示海水的动态运移过程或海水中盐分的迁移情况；利用照片分析、电阻率剖面分析与水样分析相结合的方法，验证用步骤1中电阻率阈值判断检测区海水入侵情况的准确性；(3)针对大比尺水槽试验中咸淡水界面的形态构建地电模型，通过数值模拟法研究电阻率法对咸淡水界面的监测效果；并在已建模型的基础上，通过控制单一变量来研究咸化程度、粘土层电阻率值以及测量极距等因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响；(4)结合已有的水文地质资料和监测井钻孔资料，在检测区内布置多条测线，进行电阻率法现场实测，结合前三步的研究成果对实测数据进行分析解释，以得到检测区的海水入侵情况。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆生，肖志广，佟雪，郑西来，韩凯，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37