天津滨海平原表层地下水—海水交换数值模拟研究

摘要

海岸带地下水-海水交换包括海水入侵和地下水海底排泄两个方面，是水循环的重要环节。在天津滨海平原，海水入侵地下水对地下水资源、水环境的影响，地下水海底排泄对海洋水资源、水环境的影响不容忽视，对这些问题的研究基础在于查明地下水-海水交换水量。通过总结国内外有关海水入侵、地下水海底排泄问题的研究成果，收集天津滨海平原自然地理、地质、水文地质及滨海环境资料，建立地下水系统概念模型，研究地下水-海水交换过程与机制，将有助于加深水循环过程的认识，为陆地和海洋的水资源、水环境保护提供科学依据，具有重要的理论意义和实践价值。
　　本文使用地下水数值模拟软件FEMWATER建立了研究区域表层地下水系统的三维、变密度数值模型，基于收集的地下水位资料，完成了模型校核。利用校核后的模型计算出研究区地下水-海水的年际交换水量，查明海水入侵、地下水海底排泄在年内的时间变化规律与空间分布特征，并采用敏感性分析方法探究了影响地下水-海水交换的主要因素。
　　计算结果表明，在研究区域45km的海岸线、524.8km2的陆-海界面上，海水入侵量为0.86×107m3/yr，地下水海底排泄量为4.23×107m3/yr。时间变化规律方面，海水入侵地下水量在夏季最为明显并在6～7月达到最大，其他时段为0;地下水海底排泄量在春、秋、冬季明显并在12～1月达到最大，夏季中6～7月有零排泄现象。空间分布特征方面，海河河口界面是入侵多、排泄少的区域，在远离海河河口的北部、南部界面是入侵少、排泄多的区域。敏感性分析结果表明海平面变化和近地表层含水层渗透系数是影响地下水-海水交换数值模拟结果的主要因素。基于海底地下水排泄和海水入侵量对海平面变化的高度敏感性，本文推论研究区的海平面标高对于地下水-海水的动力平衡，有可能处于一个临界状态。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

引言

第一节 研究问题背景

1．1．1 海水入侵

1．1．2 地下水海底排泄

第二节 研究区选择

1．2．1 研究区社会经济条件

1．2．2 渤海湾海洋生态环境恶化

1．2．3 研究区域范围

第三节 含水层系统选择

第四节 研究方法介绍

1．4．1 直接测量法

1．4．2 同位素示踪法

1．4．3 数值模拟方法

1．4．4 其他方法

第五节 研究目的

第六节 技术路线

第二章 研究区域概况

第一节 自然地理条件

2．1．1 地区简介

2．1．2 气候气象

2．1．3 降水

2．1．4 陆上水文

2．1．5 渤海海面

第二节 水文地质条件

2．2．1 第四纪地层含水组划分及联系

2．2．2 第Ⅰ含水组的划分及咸水成因

第三节 海洋环境条件

2．3．1 渤海湾第四纪地质资料

2．3．2 渤海湾晚更新世-全新世地层

第四节 本章小结

第三章 数值模拟软件简介

第一节 软件基本方程

第二节 有限单元法简介

第三节 软件耦合计算简介

第四节 FMEWATER应用

第四章 模型构建

第一节 模型网格划分

第二节 几何模型介绍

第三节 模型参数选取

4．3．1 特性曲线与孔隙度

4．3．2 含水层渗透性

4．3．3 流体运动方程中其他参数

4．3．4 溶质运移方程所需参数

4．3．5 各含水层渗透系数、弥散系数及其他参数

第四节 模型边界条件

4．4．1 流体运动边界

4．4．2 溶质运移边界

第五节 模型源汇项

4．5．1 流出量

4．5．2 汇入量

第六节 模型调试验证

第七节 本章小结

第五章 计算结果与讨论

第一节 计算结果

5．1．1 SGD减小，SWI出现增大，SGD﹥SWI时段

5．1．2 SGD减至最小，SWI增至最大，SGD﹤SWI时段

5．1．3 SGD出现增大，SWl减小，SGD﹤SWI时段

5．1．4 SGD增大，SWI减至最小，SGD﹥SWI时段

5．1．5 SGD增大至最大，后减小，只有SGD时段

第二节 敏感性分析

5．2．1 水力参数敏感性分析-含水层渗透性取值

5．2．2 水力参数敏感性分析-含水层弥散系数取值

5．2．3 边界条件敏感性分析-渤海海平面年动态影响

5．2．4 汇入项敏感性分析-降水入渗水量影响

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间研究成果