一種系統(tǒng)檢測海水入侵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種系統(tǒng)檢測海水入侵的方法，屬于地下水勘探技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水是人類不可或缺的資源，而地下水作為水資源的重要組成部分，是許多城市供 水和農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源之一。隨著人類對水資源需求量的增加，人們對地下水的開采量 也在不斷增加，但是由于對地下水資源的認(rèn)識(shí)不足，缺乏對地下水分布及儲(chǔ)量的科學(xué)評價(jià)， 很多濱海地區(qū)出現(xiàn)因過量開采地下水而引起的海水入侵問題，進(jìn)而對當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)、生活造 成了嚴(yán)重威脅。
[0003] 海水入侵的監(jiān)測方法目前大致可以分為兩類：物探監(jiān)測法和地下水水化學(xué)指標(biāo)監(jiān) 測法。水化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測法因需要鉆孔取水樣可能造成咸淡水的二次交叉污染，并且費(fèi)時(shí)費(fèi) 力，投資大；物探法監(jiān)測只需在地面開展探測工作，快捷、不破壞場地環(huán)境，但無法準(zhǔn)確的劃 分地下水的污染范圍，若要使其能夠準(zhǔn)確的評價(jià)海水入侵情況，就必須建立正確的水化學(xué) 指標(biāo)與電阻率之間的相關(guān)關(guān)系，即采用電阻率法監(jiān)測與水化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測相結(jié)合的方法。
[0004] 在常用的水化學(xué)監(jiān)測指標(biāo)中，cr濃度指標(biāo)使用最為廣泛。然而不同地質(zhì)類型地 區(qū)的天然地下水中cr背景濃度差異很大，以至于判斷海水入侵的Cit示準(zhǔn)也有所不同；同 時(shí)，海水入侵的過程又常伴隨著地下水中各離子的迀移、吸附和匯集，在實(shí)際應(yīng)用中采用單 一cr監(jiān)測指標(biāo)難免會(huì)出現(xiàn)失誤，應(yīng)選擇綜合指標(biāo)礦化度進(jìn)行評價(jià)。
[0005] 雖然許多研宄表明通過建立水化學(xué)指標(biāo)與電阻率（電導(dǎo)率）的相關(guān)關(guān)系來確定電 阻率（電導(dǎo)率）特征值是可行的，但是有關(guān)利用礦化度指標(biāo)確定電阻率特征值的研宄較少， 二者之間的定量關(guān)系，還有待進(jìn)一步研宄。
[0006] 電阻率實(shí)際上是土壤和地下水的綜合反映，受地層巖性、水文地質(zhì)等地區(qū)性因素 的影響。許多研宄者在進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，先將砂土過篩后用自來水反復(fù)淘洗并烘干，其忽略 了地層因素對電阻率的影響，尤其是含水砂層顆粒間所夾雜的礦物成份對離子的吸附作用 引起的巖石電學(xué)特征的改變。這種情況下建立的回歸關(guān)系是否正確，有待驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種系統(tǒng)檢測 海水入侵的方法，該方法可以避免因鉆孔取水樣可能造成的咸淡水二次交叉污染問題，同 時(shí)，也可彌補(bǔ)物探方法無法準(zhǔn)確圈定海水入侵范圍的不足；本發(fā)明通過建立檢測區(qū)礦化度 與電阻率的特征關(guān)系，得到該區(qū)判斷海水入侵的電阻率特征值，通過電阻率法現(xiàn)場實(shí)測可 以更加準(zhǔn)確、快捷的得到檢測區(qū)的海水入侵情況，預(yù)測海水入侵的發(fā)展趨勢。
[0008] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 一種系統(tǒng)檢測海水入侵的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)開展室內(nèi)咸淡水驅(qū)替試驗(yàn)，獲得檢測區(qū)海水入侵的電阻率閾值：利用 DisplacementSandBox裝置進(jìn)行試驗(yàn)，得到不同濃度水樣驅(qū)替完成時(shí)填充砂樣的電阻率 值，建立檢測區(qū)水化學(xué)指標(biāo)礦化度和電阻率的定量關(guān)系，利用插值法得到國標(biāo)中生活飲用 水礦化度指標(biāo)l〇〇〇mg/L對應(yīng)的電阻率值，將該值作為監(jiān)測區(qū)域判斷海水入侵的電阻率閾 值；
[0011] (2)采用大比尺水槽開展海水入侵模擬實(shí)驗(yàn)，判斷步驟1中的電阻率閾值是否可 以用于監(jiān)測區(qū)域海水入侵情況的研宄：將海水染色，以示蹤法標(biāo)示海水的動(dòng)態(tài)運(yùn)移過程或 海水中鹽分的迀移情況；利用照片分析、電阻率剖面分析與水樣分析相結(jié)合的方法，驗(yàn)證用 步驟1中電阻率閾值判斷檢測區(qū)海水入侵情況的準(zhǔn)確性；
[0012] (3)針對大比尺水槽試驗(yàn)中咸淡水界面的形態(tài)構(gòu)建地電模型，通過數(shù)值模擬法研 宄電阻率法對咸淡水界面的監(jiān)測效果；并在已建模型的基礎(chǔ)上，通過控制單一變量來研宄 咸化程度、粘土層電阻率值以及測量極距等因素對電阻率法測量咸淡水界面的影響；
[0013] (4)結(jié)合已有的水文地質(zhì)資料和監(jiān)測井鉆孔資料，在檢測區(qū)內(nèi)布置多條測線，進(jìn)行 電阻率法現(xiàn)場實(shí)測，結(jié)合前三步的研宄成果對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解釋，以得到檢測區(qū)的海 水入侵情況。
[0014] 進(jìn)一步的，步驟1中所述的DisplacementSandBox裝置的主體為一個(gè)無蓋的長 方體，縱向由兩塊有機(jī)玻璃板分隔為3室，中間為填充測量室，兩側(cè)為水室，有機(jī)玻璃板上 鉆有9個(gè)滲水孔；所述的水室兩端的兩個(gè)側(cè)壁下方各有一個(gè)排水孔；所述的填充測量室兩 端分別安置供電電極A、供電電極B，填充測量室中間位置分別安置測量電極M、測量電極N。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的DisplacementSandBox裝置的材料為有機(jī)玻璃板，水室和填充 測量室的規(guī)格均為210mmX40mmX30mm(長X寬X高），供電電極A、供電電極B，測量電極 M、測量電極N為40mmX40mm的銅電極板，各電極之間位置關(guān)系為AM= 85mm，MN= 40mm， NB= 85mm。
[0016] 進(jìn)一步的，步驟1中所述的填充砂樣均為取自檢測區(qū)的含水層砂樣。
[0017] 進(jìn)一步的，步驟2中所述的大比尺水槽，其主體砂槽是一個(gè)無蓋的長方體，砂槽側(cè) 壁上留有6個(gè)接地孔，用于安裝銅電極；所述的砂槽橫向兩端安裝有海水室和淡水室，海水 室、淡水室和砂槽之間分別由一塊鉆有滲水孔的有機(jī)玻璃板隔開，滲水孔直徑d= 0. 5cm， 在有機(jī)玻璃板兩側(cè)設(shè)有矮粧，以起到固定的作用；所述的海水室和淡水室分別安裝一個(gè)定 水頭裝置，定水頭裝置分別安裝馬氏瓶I和馬氏瓶II，馬氏瓶I中盛裝海水，馬氏瓶II中盛 裝淡水；兩個(gè)定水頭裝置用于在試驗(yàn)過程中控制水位，為防止海水腐蝕，海水室和淡水室與 定水頭裝置之間分別采用硅膠管連接。
[0018] 進(jìn)一步的，所述的大比尺水槽的材料為有機(jī)玻璃板，尺寸為 180cmX25cmX60cm(長X寬X高）；所述的海水室、淡水室，二者尺寸均為 15cmX15cmX60cm(長X寬X高）。
[0019] 進(jìn)一步的，步驟2中所述的用于海水染色的著色示蹤劑為胭脂紅，電阻率剖面分 析中剖面采集時(shí)所用的測量極距為10. 〇cm。
[0020] 進(jìn)一步的，步驟3中，進(jìn)行電阻率數(shù)值模擬研宄時(shí)，正反演計(jì)算使用的軟件分別為 RES2DM0D軟件和RES2DINV軟件。
[0021] 進(jìn)一步的，步驟4中，進(jìn)行電阻率法現(xiàn)場實(shí)測時(shí)，所用的電極間距為2.Om或3. 0m。
[0022] 本發(fā)明所述的檢測方法，與已有的監(jiān)測方法不同，一方面是根據(jù)檢測區(qū)地層的電 性變化情況和含水層的賦存特征，建立海水入侵區(qū)礦化度與地層電阻率的特征關(guān)系，而不 是單一cr指標(biāo)與電阻率的特征關(guān)系；由于海水入侵具有地域性特征，以至于由單一c廠指 標(biāo)與電阻率的相關(guān)關(guān)系得到的電阻率特征值并不完全適用，不能準(zhǔn)確的反映檢測區(qū)的海水 入侵情況；本發(fā)明通過礦化度與電阻率的特征關(guān)系得到檢測區(qū)判斷海水入侵的電阻率閾 值，使用此電阻率指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，可提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。另一方面，本發(fā)明是利用室內(nèi)物理 模擬、數(shù)值模擬與現(xiàn)場測量相結(jié)合的方法，得到完善的海水入侵檢測方法，用于查明檢測區(qū) 海水入侵的范圍和程度，預(yù)測海水入侵的發(fā)展趨勢。
【附圖說明】
[0023] 圖1:本發(fā)明方法步驟1中所述的DisplacementSandBox裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2:本發(fā)明方法步驟2中所述的大比尺水槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3 :實(shí)施例1步驟1中取樣點(diǎn)的位置圖；
[0026] 圖4:實(shí)施例1步驟1中，檢測區(qū)礦化度與飽和含水砂層電阻率的特征關(guān)系圖；
[0027] 圖5 :實(shí)施例1步驟2中，不同時(shí)刻咸淡水界面位置圖；
[0028] 圖6 :實(shí)施例