宁波杭州湾新区地下水演化与数值模拟研究

论文摘要

杭州湾新区地处余慈滨海平原,由于区内自早更新世至全新世期间多次受到海侵海退的影响,造成了平原区内各类水体的水质以咸水为主而淡水体仅在第Ⅱ承压含水层有所分布的咸、淡水体共存的水环境特征,由此可见,区内淡水资源极度匮乏。而杭州湾新区为国家级经济技术开发区,随着区内社会经济快速发展,需水量与日俱增,于是对区内的淡水体进行大规模不合理的开采,以至于形成了区域降落漏斗,引发了地面沉降、淡水咸化等地质环境问题,这不仅严重威胁了区域淡水资源安全,也阻碍了当地经济社会的发展。因此,本文以宁波杭州湾新区为研究区,系统搜集了区内以往研究成果并补充了水文地球化学调查、野外抽水试验、潮汐效应监测等内容。基于研究区水文地质条件,在区内首次综合利用水化学原理及同位素示踪技术分析了杭州湾新区地下水循环模式与水化学特征的演变规律,推测了淡水体的形成原因并评价了其更新能力;利用研究区钻孔与水文地质剖面建立了地下水流、溶质运移及地面沉降等数值模型;结合地方政府对该区应急水源地的规划要求,根据区内人口规模和不同应急时长,本次研究制订了三个应急等级共九个应急开采方案,并利用数值模型对九个应急开采方案进行了水量、水质演化趋势及地下水开采所导致的地质环境负效应进行了预测评价。研究结果表明:（1）研究区地下水水化学类型受TDS影响,随着地下水中TDS含量的升高,本区地区地下水中的主要阴离子从HCO3-向Cl-演化,主要阳离子从Ca2+、Mg2+向Na+演化;同时结合水文地质条件、水化学演化特征和地下水2H,180,3H分布特征分析出各含水层水力联系不密切,潜水主要受大气降水与地表水补给,以蒸发排泄为主;承压水则未受到到现代水补给,以侧向径流为主;（2）根据3H及14C测年分析出研究区深层地下淡水不含现代氚且形成时期为13.0～17.9ka.B.P,而咸水形成时间在10.6～15.6ka.B.P之间（晚更新世末）。推测地下淡水系更新世被埋藏起来的陆相沉积水,在后期海侵（主要是冰后期海侵）时,由于上游直接入渗和下游切割入渗咸化,将“屏蔽”良好地段的原生沉积淡水包围“封存”起来的结果;因淡水无补给来源,即表明也无更新能力;（3）按照地下水规划要求,结合控制水位与开采时长,考虑区内人口需水量,提出不同应急等级情况下地下水开采方案。基于水文地质资料,利用GMS前处理建立了研究区三维地质结构模型,而后运用MODFLOW、MT3DMS、SUB模块分别对地下水流、溶质运移、地面沉降等数学模型进行参数赋值并求解,并预测了不同应急等级下各开采方案地下水水量、水质演化及开采后所导致的地下水降落漏斗、咸淡水界面演变、地面沉降。整体而言,随着着开采量和开采时长增大造成的影响也越大;其中等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ连续开采半年水位最大降深分别为38.5米、24米、18.5米,降落漏斗面积为53.755km2、33.026km2、25.273km2,咸水入侵宽度931米、585米、413米,地面沉降最大可达60～61mm、40～41mm、26～27mm,等级Ⅰ水位恢复时间超过三年,而等级Ⅱ、Ⅲ一年左右基本恢复了。

论文目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景及目的

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外地下水水循环研究现状

1.2.2 滨海地区地下水潮汐效应研究现状

1.2.3 研究区研究程度及存在的问题

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

2 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌

2.1.3 气象与水文条件

2.2 地质概况

2.2.1 地层

2.2.2 地质构造

2.3 水文地质概况

2.3.1 地下水赋存条件及含水层组划分

2.3.2 地下水补径排条件

2.4 地下水开发引起环境负效应

2.4.1 地下水开发利用历史

2.4.2 地下水开发利用现状

2.4.3 地下水超采引起的地质环境问题

3 杭州湾新区淡水体成因与可更新能力分析

3.1 研究区第四纪地质环境演化

3.2 水样的采集与测试

3.2.1 采样方案

3.2.2 采集与测试方法

3.3 杭州湾新区水体水化学特征

3.3.1 地表水水化学特征

3.3.2 潜水水化学特征

3.3.3 第Ⅰ承压水水化学特征

3.3.4 第Ⅱ承压水水化学特征

3.4 杭州湾新区水体氢氧稳定同位素特征

3.4.1 大气降水氢氧稳定同位素特征

3.4.2 地表水、地下水氢氧稳定同位素特征

3.5 杭州湾新区水体氚同位素特征

3.5.1 地表水氚同位素特征

3.5.2 潜水氚同位素特征

3.5.3 第Ⅰ承压水氚同位素特征

3.5.4 第Ⅱ承压水氚同位素特征

3.6 杭州湾新区各含水层间水力联系

3.7 地下水同位素年龄

3.7.1 地下水3H年龄

3.7.2 地下水14C年龄

3.8 淡水体成因

3.9 淡水体可更新能力

3.10 本章小结

4 杭州湾新区地下淡水体数值模拟研究

4.1 水文地质概念模型

4.1.1 模拟区范围

4.1.2 含水层水力特征概化

4.1.3 模拟区边界条件概化

4.1.4 源汇项概化

4.2 基于潮汐效应的临海等效边界确定

4.2.1 潮汐效应

4.2.2 地下水位及潮汐动态观测

4.2.3 海底含水层等效边界的确立方法

4.2.4 计算参数的确定

4.3 数学模型的建立与求解

4.4 建立三维地质模型与网格剖分

4.5 水文地质参数的确定

4.6 地下水识别与验证

4.7 杭州湾新区淡水体开采演化趋势预测

4.7.1 应急水源地地下水开采原则

4.7.2 淡水体应急开采方案的确定

4.7.3 应急开采条件下淡水体地下水位变化趋势预测

4.7.4 淡水体地下水位恢复能力评价

4.8 杭州湾新区淡水体开采地质环境影响预测评价

4.8.1 淡水体咸-淡水界面演化趋势预测

4.8.2 区域水位降落漏斗风险预测分析

4.8.3 地面沉降风险预测分析

4.9 本章小结

5 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 不足与展望

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

B 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录

C 学位论文数据集

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 向伟

导师: 赵瑜,黄天均（Huang Ti）

关键词: 水化学演化规律,同位素特征,淡水成因,地下水数值模拟

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 重庆大学

基金: 中国地质调查局南京地质调查中心与浙江省宁波市国土资源局合作项目《宁波市海岸带环境地质调查评价(二期)》中五个专题研究之一的地下水专题《宁波海岸带地下水应急水源地评价》项目

分类号: P641

总页数: 124

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