滨海平原深层地下水淡化越流补给机理及合理利用的研究.pdf

滨海平原深层地下水淡化越流补给 机理及合理利用的研究 卞学洛 (天津市东丽区地下水资源管理办公室，天津 300300) 摘要 天津市东部第四系第二含水组地下水，在长期较强的开采状态下未发生水位持续 下降及大面积成化污染，地层压缩沉降近年来也趋于停止。不开采的各成水层与下伏开采 的第=淡水含水组的水位具有同步动态。分析认为：渗透系数小于10。m／d的黏土层具 有半透膜特性，各层咸水的渗透压，是加快地表水入渗的动力。加大第=含水组地下水的 开采，当水位差大于渗透压差时，土覆咸水层即发生中性水分子运移越流，补给第=含水 组的是淡水，最终可将浅层水位降低。停止第二含水组地下水的开采，则套发生新的环境 地质灾害。 关键词 半透膜；越流淡化；入渗机理；地层压缩沉降 地表水与地下水相互作用是自然界普遍存在的现象．联合国教科文组织(UNEscO) 述内容。 天津是极端缺水的超大城市，水资源短缺成为制约社会发展的瓶颈。人们试图以大量 开采深层地下水的方法解决缺水问题，但因补给机理不清，开采方法不当，随之发生了严 重的地面沉降等环境地质灾害。 为了合理地开发利用地下水，天津市开展地下水资源调查评价工作始于20世纪60 年代初，先后提交过数次地下水资源评价成果，也开展过专题研究。早在1984年完成 的《天津市水文地质普查报告》中就提出“成水体覆盖下的承压淡水垂向越流补给机 理不清，应进一步开展研究，做出科学论证”的建议。但目前咸水体覆盖下的深层淡 水的补给理论并不完善，人们对深层淡水的补给来源及如何开发利用，存在各种观点 和争论。 笔者在长期管理工作中发现第四系各层咸水虽无开采，但与下伏开采的第二含水组的 水位有同步不等幅的动态特征，十余年来在较强的开采状态下既未发生水位持续下降，也 未发生较大面积的咸化污染。据分层标监测资料显示，二组地层单位开采量引起地层压缩 变形量比值最小，近些年地层压缩变形已趋停止。 澄清地表水人渗对深层淡水的补给机理，是能否可持续利用深层淡水的关键。为此， 另辟蹊径，对长期积累和收集的资料，采用含热动力学半透膜理论的多学科交叉渗透的方 法进行研究，提出淡化越流补给等新理论新观点。 397 l研究区概况 研究区主要在天津市东丽区界内，该区位于市区与塘沽区之间海河北岸，面积约 478km2。地貌为海积、冲积平原，地势平坦，地面坡度约为1／10000。 区内分布近20条各级延续至第四系的基底断裂带，是天津平原区地质构造最复杂地 段(图1)。 图1研究区简圈 在晚更新世以来全球海平面变化作用下，渤海湾西岸约60～70m深度以上晚更新世 一全新世曾经发生三次大范围的海陆变迁，形成以晚更新世浓度较高，全新世和中更新世 晚期浓度较低的咸水体，矿化度在3～269／L之间。 第四系地层自上而下划分为四个含水组，第一含水组底板埋深在80m上下．为中更 新世晚期一全新世(Q!+0．3+Q。)地层，地下水为咸水；第二含水组以下的各层组地下 水均为淡水。第二含水组相当中更新世早期(03)地层，底板埋深在150～180m；第三 和第四含水组底板埋深约在300m和430m上下，相当早更新世晚期(Q；)和早期(Qi) 地层。 398 2压实黏土层使越流的咸水淡化 2．1越流量计算对水资源评价的影响 由于未澄清上层咸水越流补给深层淡水的机理，致使历次规划(评价)报告编写人及 报告编写人不同时期对其认识不同，计算的越流补给量差异很大(表1)-直接影响到对 地下水合理开发利用。 裹1 天津市历次地下水瓷谭规划f评债)报告对咸水向第二含水组越流补给计算水量统计表 东丽区(29／[，) 序号 报告名称 完成日期 报告完成单位 越流补给量