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摘 要：针对山东半岛大沽河下游咸水体修复过程中含水介质物理堵塞的问题,采用室内模拟试验,系统研究了悬浮物质量浓度和粒径对咸水体含水介质物理堵塞的影响,并通过测定人工回灌过程中渗透系数的时空变化,定量分析和评价含水介质物理堵塞的机理和程度.结果表明：悬浮物质量浓度和粒径是影响含水介质渗透性的关键因素；在悬浮物质量浓度分别为50、00、200mg·L-的条件下,含水介质的等效渗透系数分别为其初始值的38%、20%和0%；随着注入悬浮物质量浓度、注入时间的增加和入渗深度的减小,相对渗透系数不断减小；悬浮物的粒径越小,迁移距离越大,造成渗透系数下降区的厚度越大；随着悬浮物粒径的不断增大,粒径大的颗粒容易被截留在表层,造成表层渗透系数下降幅度增大,其余各层渗透系数下降幅度随深度增加而减小.
关 键 词：含水层；咸水体；修复；物理堵塞；悬浮物；渗透系数；粒径；山东半岛
中图分类号：P642；P342+4文献标志码：A
0引言
含水层存储和再利用（ASR）是一种地下水人工补给与再利用的技术,在世界上许多国家都有井和池塘的人工回灌工程.在沿海地区,人类尝试把“抽咸注淡”的方法用于海水入侵控制和地下咸水体的治理.但是,实践证明,在人工回灌工程实施中,注入水和目的含水层不匹配容易导致回灌系统严重堵塞.这种堵塞会出现在人工回灌工程开始后的几天（甚至几分钟）,从而使注水压力增加、注水速率（效率）明显降低,甚至造成人工回灌工程的彻底失败.
含水介质堵塞问题是阻碍人工回灌技术向实践层面推广的关键因素.回灌堵塞一般分为3种：物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞［－5］.其中,物理堵塞是最常见的堵塞类型.很多学者基于不同的试验方法在堵塞的形成机理、影响因素与发展过程等方面取得了一定的研究成果.陈思宁等研究了人工回灌过程中的悬浮物堵塞问题,利用3组不同悬浮物质量浓度的回灌水进行室内砂柱回灌试验［6］.黄修东等采用砂柱,在室内模拟井灌过程中注水井周围砂层的堵塞过程,认为悬浮物填充砂层空隙引起了物理堵塞［7］.黄大英通过室内模拟试验探讨了不同条件下淤层厚度的形成及其对人工回灌效果的影响［8］.Siriwardene等基于物理堵塞的室内柱试验,分别在定水头和变水头的情况下通入不同质量浓度的悬浮物,发现物理堵塞主要由小于6μm的颗粒迁移造成的［9］.atarzyna通过室内砂柱淋滤的方式进行物理堵塞微观结构和堵塞速率的影响因素室内试验［0］.Baghdikian等研究在不同质量浓度的悬浮物等条件入单一的黏土矿物后含水介质的堵塞情况,通过渗透系数的减小和出水悬浮物质量浓度的变化来反映堵塞的程度.Mcowell－Boyer等通过试验表明黏颗粒物的释放和截留能明显改变介质的渗透性,颗粒物和含水介质之间的物理化学力影响着小颗粒物的迁移,静电吸引力和范德华力决定了小颗粒物的吸附作用［2］.
国内外学者还没有专门就咸水含水层修复过程中发生的物理堵塞问题进行过研究.笔者拟针对山东半岛大沽河下游咸水体修复过程中含水介质物理堵塞问题,现场采集样品,通过模拟试验,系统研究悬浮物质量浓度和粒径对咸水体含水介质物理堵塞的影响,并通过测定人工回灌过程中渗透系数的时空变化,定量分析和评价含水介质物理堵塞的机理和程度,为地下咸水体修复工程提供依据.
含水介质堵塞产生的影响.2组试验的方法和步骤完全相同,只是注入悬浮物质量浓度不同.
将风干松散、均匀的砂样分层装入玻璃柱；每次装入一定质量的砂样,等重度将其压实,逐步完成整个装柱过程；从底部向砂柱内缓慢注入咸水；完全饱水后,继续以缓慢的速度从下向上渗流；持续渗流～2d,以保证砂柱内没有气泡,测得砂体的孔隙度为28%～30%,土粒质量比为267.
打开供水装置的搅拌器,使水箱中悬浮物质量浓度保持均匀；在回灌液中加入少量苯酚溶液,消除生物堵塞的影响.利用蠕动泵供水,同时打开溢流管,每隔一段时间（开始间隔为05h,之后为2h）读取各测压管的水头值；连续测定淡水驱替咸水过程中出水电导率、盐度变化,直到盐度变化趋于稳定为止.盐度稳定后测得出水样中阴、阳离子的质量浓度见表.