海潮作用下平缓潮滩多层含水系统地下水流和盐分运移数值模拟

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:FollowMyHeart88
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泥质、粉砂质潮滩通常具有较小的坡度(<1%)以及较长的潮间带宽度,由于渗透性低,潮间带宽度大,会形成大尺度的渗出面,因此这类潮滩下覆含水层中地下水动态变化规律的数值模拟研究存在计算速度慢的困难。另一方面,在我国黄渤海地区海岸线上广泛分布有这类平缓潮滩,因此对这类海陆交互带中海水与地下水相互作用的研究具有重要意义。本文采用二维数值模拟软件MARUN开展了平缓潮滩中铅垂剖面上地下水与海水之间相互作用的模拟,所建立的含水层系统的基本模型总共分为四层,分别是低渗透性海滩沉积物层(厚约1m)、潜水含水层、弱透水层和下覆承压含水层,潮间带宽约600m,且存在一个明显的坡折点,将其分成一个坡度约为6%相对陡峭的的上部潮间带和一个坡度约为0.1%的平缓下部潮间带,潮滩范围较大。本文探究了海潮作用下平缓泥质潮滩多层含水系统中地下水流场和盐度的时空分布规律,对相关模型参数(例如渗透系数、各向异性比等)进行敏感性分析。数值模拟结果表明,地下水—海水交换主要发生在坡折点的内陆方向,海水入渗主要发生在坡度较陡的潮间带上部地表,地下水向海排泄主要发生在坡度较陡的潮间带下部地表;由于坡折点和大范围平缓潮滩的存在,地下水流形成三个循环流动,包括越流循环、坡折点以下海水-地下水循环、以及在淡水排泄通道的向海方向新出现的一种特殊的逆时针循环流动,这种逆时针循环流动在存在低渗透性表层海滩沉积物时比较明显且规律;低渗透性表层海滩沉积物的存在使得“淡水排泄通道”变宽,传统底部盐楔与隔水底板的交点明显向海移动;受弱透水层越流的影响,位于坡折点附近下部的弱透水层中存在明显的垂向水流(越流),且越流方向会随时间变化;地下水排泄总量(SGD)为3.22 m2d-1,越流循环量为0.40m2d-1,内陆淡水补给量为0.49 m2d-1m,再循环海水量为2.73 m2d-1。其中,从渗出面排泄的地下水量占总量的51%,在坡折点海向一侧的大范围平缓潮滩中排泄的地下水量占总量的49%。平缓潮滩低渗透性表层海滩沉积物会增大坡折点附近的地下水排泄和海水入渗速率,同时也由于渗透性较低而减小总的地下水排泄量;潜水含水层渗透系数越大,海水-地下水交换量越大。
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