Intrusión de agua marina (salada) en la costa sur de la bahía de Laizhou

La zona costera de la costa sur de la bahía de Laizhou es rica en recursos de salmuera subterránea y es la mayor base de producción de sal marina de China. En la actualidad, la superficie total de los campos de sal es de 32.800 hm2 y hay casi 7.000 pozos de salmuera en las zonas costeras. La profundidad de los pozos suele ser de entre 40 y 70 m y se extraen alrededor de 90 millones de m3/a de salmuera subterránea. Debido a la minería continua a largo plazo, el nivel de agua de salmuera está en un estado de disminución continua y la concentración de salmuera también disminuye año tras año. La extracción de salmuera puede aliviar hasta cierto punto la invasión de salmuera.

1. Condiciones geológicas de fondo

Geomorfológicamente, la orilla sur de la bahía de Laizhou limita con la zona montañosa de Taiyi al sur, la zona montañosa de Jiaodong al este y el río Amarillo. Llanura delta al oeste. El relieve está ligeramente inclinado de sur a norte, con una pendiente media de 0,47‰. El tipo de relieve cambia de la llanura aluvial de piedemonte en el sur a la llanura marina aluvial en el medio y la llanura marina costera en el norte. Los tipos de costa son costas limosas y limosas. La llanura aluvial de esta zona consta de varios grupos de abanicos aluviales superpuestos. El borde frontal del grupo de abanicos aluviales está enterrado por sedimentos marinos o depósitos aluviales del río Amarillo. El acuífero tiene partículas gruesas, gran espesor y estructura de múltiples capas. En dirección vertical, las partículas del acuífero tienden a volverse más finas de abajo hacia arriba, mientras que en dirección horizontal tienen las características hidrogeológicas de un abanico aluvial. El techo del acuífero principal está enterrado a una profundidad de 5 a 30 m. La litología es de varias arenas y gravas en secciones, y limo, arena limosa, limo arcilloso mezclado con piedra jengibre en secciones y áreas de borde.

Hay una capa de arcilla arenosa del Pleistoceno medio débilmente permeable en la costa sur de la bahía de Laizhou, que tiene de 40 a 70 m de profundidad y unos 20 m de espesor. Tiene tres capas transgresoras (Figura 7-5), correspondientes a los tres eventos transgresores en la historia geológica desde finales del Pleistoceno. Durante las tres transgresiones, la antigua agua de mar (salmuera) enriquecida en los estratos se conservó y se conectó horizontalmente con el acuífero de agua dulce, que es la fuente de intrusión de agua de mar (sal) en esta zona. La intrusión de agua de mar (sal) en la costa sur de la bahía de Laizhou ocurre principalmente en los estratos del Pleistoceno tardío y del Holoceno.

Figura 7-5 Vista transversal de sedimentos marinos en la costa sur de la bahía de Laizhou

2 Características del entorno químico del agua subterránea

Las características del agua subterránea. El entorno químico de la costa sur de la bahía de Laizhou se ve afectado por lo siguiente: entorno paleogeográfico cuaternario, condiciones hidrogeológicas y limitaciones en la extracción de aguas subterráneas. En la dirección horizontal, el campo químico del agua tiene una zonificación obvia, mostrando un patrón cambiante desde el interior hasta el agua dulce costera, el agua salobre, el agua salada y la salmuera. Los tipos químicos de agua subterránea son HCO3, HCO3-Cl, Cl-SO4 y Cl de sur a norte, y la salinidad aumenta de 0,2 g/L a 220 g. La salmuera subterránea se distribuye en el medio del área de agua salada, en un cinturón de este a oeste, y la tendencia es casi paralela a la línea costera (Figura 7-6). La salinidad de la salmuera es de 50 ~ 220 g/L. >

Figura 7-6 Perfil de Laizhou de los cambios de salinidad del agua subterránea desde las áreas de Guti a Yangzi en la costa sur de la bahía

En la dirección vertical, la explotación de agua subterránea en esta área se concentra principalmente dentro de una profundidad de 200 metros. Según las diferentes características químicas del agua dentro de una profundidad de 200 metros, el ambiente químico del agua subterránea en la costa sur de la bahía de Laizhou se puede dividir en cinco tipos: área de agua completamente dulce, área de agua dulce salobre, área de agua salobre, agua salobre zona y zona de agua completamente salada (Figura 7- 7 y 7-8).

La zona totalmente de agua dulce se sitúa en la parte sur del área de estudio, es decir, en la parte norte de la llanura aluvial del piedemonte. El acuífero está compuesto principalmente de grava aluvial y arena de los ríos Hezi, Mi, Bailang, Yuhe y Wei, y tiene una estructura de múltiples capas. La salinidad del agua subterránea es inferior a 1,5 g/L y el tipo químico del agua es HCO3-Cl o HCO3.

El área de agua salobre ligera, el área de agua dulce salobre y el área de agua salobre se ubican en el medio del área de estudio, que es la unión de la llanura aluvial y la llanura marina.

La calidad del agua subterránea es compleja y el contenido de sal del agua subterránea alcanza los 50 g/l. Entre ellos, el área de agua salobre se encuentra en la parte central de la ciudad de Changyi y la parte central y oriental de la ciudad de Shouguang, y el espesor. del agua dulce superior es generalmente de 10 a 100 m (Figura 7-9).

El área total de agua salada se ubica en la parte norte del área de estudio y es una llanura marina. Hay salmuera de alta concentración a una profundidad de 80 m en la parte central del área y hay muchos campos de sal.

En tercer lugar, la relación entre la intrusión de agua salada y los cambios en el campo dinámico del agua subterránea

1. Cambios en el campo dinámico del agua subterránea

Desde la década de 1970, con el desarrollo de la bahía de Laizhou. Con el desarrollo y utilización de aguas superficiales y subterráneas en la orilla sur, el campo dinámico de las aguas subterráneas ha cambiado enormemente. A finales de la década de 1970, la profundidad de los niveles de agua subterránea era generalmente de 1 a 6 m, y la dirección del flujo era básicamente consistente con la pendiente del terreno y el sistema de agua superficial, es decir, descargaba de sur a norte hasta la bahía de Laizhou y el río Xiaoqing. En los últimos 20 años, el nivel del agua subterránea en la zona de la llanura aluvial del piedemonte ha disminuido drásticamente. El nivel del agua generalmente es de 8 a 30 m de profundidad, y la caída máxima del nivel del agua ha alcanzado más de 20 m. Además, hay un embudo de nivel de agua negativo con un área total de aproximadamente 1493 km2 en el área de agua dulce y un embudo de extracción de salmuera negativo con un área de aproximadamente 1047 km2 en el área de agua salada (Figura 7-10). La aparición de un embudo de caída del nivel freático cambia el diámetro del agua subterránea en toda la región.

Figura 7-7 Mapa de zonificación del tipo de estructura hidroquímica del agua subterránea

Figura 7-9 Perfil de cambio de salinidad del agua subterránea de Liutuan-Qingxiang.

Figura 7 - Mapa de contorno de la disminución del nivel del agua subterránea de octubre a 2002

2. La relación entre la intrusión de agua salada y los cambios dinámicos del campo del agua subterránea.

Bajo la condición de que no haya ningún cuerpo de agua separado en la costa sur de la Bahía de Laizhou, dado que la densidad ρb de la salmuera es mayor que la densidad ρf del agua dulce, la intrusión de agua salada en el cuerpo de agua dulce es inevitable. El modelo estático de intrusión de agua salada es el siguiente:

Supongamos que los niveles de agua dulce y salada son hf y hb respectivamente, y la profundidad de la interfaz de agua dulce y agua salada debajo del nivel del mar después de la sal la intrusión de agua es Z (Figura 7-11), entonces, según el modelo de Heyben-Herzberg, se obtiene la siguiente fórmula:

Investigación sobre cuestiones ambientales geológicas en la provincia de Shandong

Figura 7-Hidrostática modelo de intrusión de agua salada+01

Según los datos hidroquímicos del agua salada de la zona, la densidad del agua salada es de 1,04g/cm3 y la densidad del agua dulce es de 1g/cm3. La fórmula anterior se puede expresar aproximadamente como

Investigación sobre cuestiones ambientales geológicas en la provincia de Shandong

Se puede ver que la profundidad de la interfaz de agua dulce y salada bajo el nivel del mar es proporcional a la diferencia de nivel de agua entre agua dulce y salmuera en ambos lados de la interfaz. La profundidad de la interfaz de agua dulce y salada bajo el nivel del mar es aproximadamente 25 veces la profundidad de la interfaz de agua dulce y salada. Debido a la extracción de agua dulce subterránea, la caída de su nivel hará que la interfaz agua salada aumente bruscamente. Por cada metro que baje el nivel del agua dulce, la interfaz agua salada aumentará en 25 metros.

La extracción de salmuera subterránea en el lado norte de la interfaz de agua salada y de agua dulce hará que los niveles de agua salada y de agua dulce bajen, reduzcan la hb y aumenten la diferencia de nivel de agua en ambos lados de la interfaz de agua salada y de agua dulce. y mueve la interfaz de agua salada y agua dulce hacia abajo, ralentizando la intrusión de agua salada y agua dulce.

Cuatro. Distribución espacial de la intrusión de agua salada

Antes de la década de 1980, debido a la pequeña escala de la intrusión de agua de mar (salada) y a la falta de datos de análisis de aguas subterráneas en toda la región, se utilizaron datos de análisis de calidad del agua de 1980 y 2002. para delimitar el agua de mar: alcance de la intrusión de salmuera. El análisis muestra que las características de cambio de la salinidad del agua subterránea en el área de intrusión son principalmente las siguientes: de menos de 1 g/L a 1 ~ 2 g/L, el contorno de salinidad del agua subterránea poco profunda se mueve hacia el interior, cubriendo un área de 594,6 km2, 2 g/L. L, etc. La línea de valor avanza hacia el interior, con una superficie de 127,1km2. La investigación sobre datos de análisis de la calidad del agua muestra que a medida que aumenta la salinidad, la concentración de Cl- también aumenta (Figura 7-12. La relación entre los dos se expresa aproximadamente como

Estudio del problema del entorno geológico de la provincia de Shandong<). /p>

En la fórmula: d es la salinidad (mg/L); L es el valor de concentración de cl (mg/L).

Dado que el Cl- es el elemento constante estable más importante en la salmuera subterránea, es el más sensible a la intrusión de salmuera, tiene efectos nocivos evidentes sobre el agua dulce y la ecología agrícola, y cuenta con abundantes datos experimentales, por lo que Cl- -Como indicador para juzgar la intrusión de salmuera salada, el valor estándar es 250 mg/L.

Figura 7-12 La relación entre la salinidad del agua subterránea y la concentración de Cl en el área de la llanura aluvial en la costa sur de la Bahía de Laizhou

Dibujo de los contornos de concentración de Cl del agua subterránea en 1980 y 2002 A partir del mapa se delimitó el alcance de la intrusión de agua salada.

Las intrusiones de agua salada se distribuyen en una franja en la parte central del área de estudio, con una distancia de intrusión de 1.5 ~ 12.0 km y un área de intrusión total de 696.8km2 (Figura 7-65438+)

Figura 7-13 Mapa de distribución de la intrusión de agua salada en la costa sur de la bahía de Laizhou

Análisis completo de la estructura estratigráfica, distribución espacial del agua salada, estado de explotación del agua subterránea y datos de monitoreo de la calidad del agua subterránea en la costa sur de la bahía de Laizhou muestra que la profundidad de intrusión de agua salada es principalmente de 80 ~ 100 m. Debido a la gran cantidad de arena aluvial en los ríos del área de estudio, con partículas gruesas, amplia distribución y buena continuidad, es el principal canal de intrusión de agua salada. Y la mayoría de las capas de arena están separadas por arcilla y acuitardos de arcilla arenosa, por lo que el tipo de intrusión es principalmente intrusión de lecho horizontal (Figura 7-14), y puede ocurrir un cierto grado de intrusión de desbordamiento en algunas áreas con fuerte explotación de agua subterránea.

Figura 7-14 Perfil de intrusión de agua salada en el tramo inferior del río Weihe

Figura 7-15 Modelo del proceso de intrusión de agua salada

Verbo (abreviatura de verbo) intrusión de agua salada Proceso de desarrollo

1. Modelo evolutivo

Después de la formación de la interfaz agua salada en la historia geológica, se logró una relación relativamente estable debido al establecimiento de una Relación equilibrada entre el flujo de agua subterránea hacia el mar y la difusión de sal hacia la tierra. Cuando la velocidad virtual V a la que el flujo de agua subterránea mueve la interfaz hacia el mar es igual a la velocidad virtual U a la que la dispersión de sal mueve la interfaz agua salada hacia la tierra, la interfaz se encuentra en un estado relativamente estable.

La extracción de agua dulce subterránea dio lugar a la formación y desarrollo de embudos. Cuando el borde del embudo se extiende hasta la interfaz agua salada, el gradiente hidráulico I disminuye y el gradiente hidráulico V también disminuye (Figura 7-15). Sin embargo, dado que la velocidad de transferencia de los iones de sal es 2-3 órdenes de magnitud menor que el cambio en la presión del agua, U casi no cambia. La interfaz entre el agua salada y dulce se mueve hacia la tierra, comienza la intrusión de agua salada y la atenuación de la dispersión va por detrás de la atenuación de la filtración, que es la etapa inicial de la intrusión de agua salada.

Después de que la interfaz de agua dulce y salada se encuentra con la línea divisoria de aguas B en el lado aguas abajo del embudo, la filtración en la interfaz apunta al centro del embudo, es decir, fluye hacia la tierra y no al mar. La filtración y la dispersión de la superficie terrestre mueven la interfaz de agua salada y agua dulce hacia la tierra, agravando la intrusión de agua salada. La reversión local de la filtración es la principal fuerza impulsora de la invasión durante la fase de intensificación, y el debilitamiento de la histéresis de dispersión sigue siendo una de las fuerzas impulsoras.

Después de que la interfaz entre el agua salada y el agua dulce se mueve hacia la línea E con el gradiente hidráulico inverso máximo en el lado aguas abajo del embudo, el gradiente hidráulico inverso disminuye gradualmente a medida que se mueve hacia el centro del embudo. . Aunque la filtración y la dispersión siguen en la misma dirección, el papel de la filtración dinámica intrusiva es cada vez menor y la intrusión de agua salada entra en una etapa de debilitamiento. Cuando la parte superior se mueve hacia el lado aguas arriba del embudo, el gradiente hidráulico es exactamente la primera línea F del gradiente hidráulico original I, se restablece el equilibrio entre la filtración hacia el mar y la filtración hacia la tierra y se termina la intrusión de agua salada.

Se puede observar que el proceso de intrusión de agua salada se puede dividir en tres etapas: etapa inicial, etapa de desarrollo rápido y etapa de desaceleración. La tasa de invasión de cada etapa es obviamente diferente.

2. Análisis del proceso de desarrollo

Los datos de monitoreo de la calidad del agua subterránea en el área de estudio muestran que la intrusión de agua salada en la costa sur de la Bahía de Laizhou tiene etapas. es el siguiente:

(1) Etapa inicial (1976 ~ 1979)

De 1973 a 1975, el área de estudio experimentó sucesivas sequías y menores precipitaciones, aumentando la demanda de agua industrial y agrícola. y el nivel del agua subterránea bajó, formando un embudo de aguas subterráneas con una superficie total de menos de 800 km2. La calidad del agua en algunas áreas en el lado de agua dulce de la interfaz agua salada se vuelve salina estacionalmente, y algunos pozos correspondientes registraron una calidad de agua salina.

(2) Etapa de desarrollo rápido (1980 ~ 1990)

De 1981 a 1989, el área de estudio entró en un período de sequía que duró 9 años. Se construyeron múltiples fuentes centralizadas de suministro de agua. Uno tras otro, comenzó la extracción de agua subterránea. La cantidad de agua subterránea aumentó rápidamente y el área de la zona del embudo negativo de agua subterránea se expandió rápidamente, de 792 km2 en 1980 a 3244 km2 en 1990, con un crecimiento anual promedio de 232 km2. El límite de la intrusión de agua salada comienza a caer en el embudo negativo del nivel freático y la tasa de intrusión se acelera significativamente. Durante este período, la velocidad promedio de intrusión de salmuera fue de 292 metros/año

(3) Etapa de mitigación (1991 ~ 2002)

De 1991 a 2002, las precipitaciones aumentaron, un cierto Se bombeó una gran cantidad de agua del río Amarillo al área y el área del embudo negativo del nivel freático continuó disminuyendo, de 1990 a 2561 km2 en 2002, una disminución anual promedio de 56 km2. El límite de intrusión de salmuera se acerca gradualmente al eje negativo del embudo y algunas áreas se cruzan con el eje central. La velocidad de intrusión disminuye y la velocidad promedio de intrusión de salmuera cae a 166 m/a.

Predicción de la tendencia del desarrollo de la intrusión de agua salada del verbo intransitivo

El límite de intrusión del área del embudo Guangrao-Shouguang en el área de estudio ha alcanzado el eje central de la zona negativa y ha cruzado el centro. del embudo cerca de la ciudad de Liulu, eje de la ciudad de Shouguang. Aunque el límite de intrusión entre el área del embudo de Changyi y el extremo occidental del embudo de Guangrao-Shouguang todavía está a cierta distancia del eje central, la línea de intrusión también ha pasado el punto máximo del gradiente hidráulico inverso en el lado aguas abajo del embudo. , lo que refleja que la intrusión de agua salada en la costa sur de la bahía de Laizhou se encuentra actualmente en una etapa lenta, las tasas de intrusión futuras se debilitarán gradualmente hasta que terminen. Sólo cuando cambie el diseño de la extracción de agua subterránea, especialmente cuando cambie la ubicación del área concentrada de extracción de agua subterránea y se mueva el centro del embudo negativo del nivel freático, la línea de intrusión de agua salada se moverá hasta que se alcance un nuevo punto de equilibrio.

Según el análisis anterior, la línea de terminación de intrusión de agua salada está ubicada en la posición donde el gradiente hidráulico aguas arriba del embudo negativo es exactamente el gradiente hidráulico original. Según los datos de monitoreo de aguas subterráneas, el gradiente hidráulico original de las aguas subterráneas en el área del embudo negativo es de 1,00‰ ~ 1,50‰, con un valor promedio de 1,20‰. Con base en esto, se puede determinar la ubicación de la línea de terminación de la intrusión de agua salada (Figura 7-65438+). De esto, podemos sacar la siguiente conclusión: Si bien se mantiene el diseño actual de explotación de agua subterránea, la intrusión de agua salada en esta área. se desarrollará aún más si no se toman medidas preventivas a tiempo, el área final de intrusión de agua salada aumentará en 854,0 km2, y el área de intrusión total alcanzará los 1550,8 km2, lo que representa el 26% del área total del área de estudio (. Tabla 7-3). El desarrollo futuro de la intrusión de agua salada se centrará principalmente en Guangrao, el oeste de Shouguang y la ciudad de Changyi e invadirán entre 3 y 15 km tierra adentro en el futuro. Otras áreas están cerca de la línea de terminación de la invasión y del área de expansión. no será demasiado grande

Figura 7-16 Pronóstico de la tendencia de la intrusión de agua salada en la costa sur de la Bahía de Laizhou

Tabla 7-3 Resultados de la predicción de la intrusión de agua salada en el sur. costa de la Bahía de Laizhou Unidad: km2