CN104793249B - 一种系统检测海水入侵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种系统检测海水入侵的方法，包括以下步骤：1)通过咸淡水驱替试验建立研究区电阻率与水化学指标的定量关系，得到判断海水入侵的电阻率阈值；2)通过大比尺水槽试验验证电阻率阈值的准确性；3)利用数值模拟法研究不同因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响；4)结合已得到的研究成果，对研究区开展电阻率法现场测量，圈定研究区海水入侵的范围，确定海水入侵的程度和发展趋势。本发明所述的监测方法可以有效地避免水化学监测方法中因钻孔可能造成的咸淡水二次交叉污染问题，通过将室内试验、数值模拟与现场实测相结合，可查明示范区海水入侵的程度和范围，以及海水入侵的发展趋势，为海水入侵治理对策的合理提出奠定基础。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种系统检测海水入侵的方法，属于地下水勘探技术领域。
背景技术
水是人类不可或缺的资源，而地下水作为水资源的重要组成部分，是许多城市供水和农业灌溉的主要水源之一。随着人类对水资源需求量的增加，人们对地下水的开采量也在不断增加，但是由于对地下水资源的认识不足，缺乏对地下水分布及储量的科学评价，很多滨海地区出现因过量开采地下水而引起的海水入侵问题，进而对当地的生产、生活造成了严重威胁。
海水入侵的监测方法目前大致可以分为两类：物探监测法和地下水水化学指标监测法。水化学指标监测法因需要钻孔取水样可能造成咸淡水的二次交叉污染，并且费时费力，投资大；物探法监测只需在地面开展探测工作，快捷、不破坏场地环境，但无法准确的划分地下水的污染范围，若要使其能够准确的评价海水入侵情况，就必须建立正确的水化学指标与电阻率之间的相关关系，即采用电阻率法监测与水化学指标监测相结合的方法。
在常用的水化学监测指标中，Cl-浓度指标使用最为广泛。然而不同地质类型地区的天然地下水中Cl-背景浓度差异很大，以至于判断海水入侵的Cl-标准也有所不同；同时，海水入侵的过程又常伴随着地下水中各离子的迁移、吸附和汇集，在实际应用中采用单一Cl-监测指标难免会出现失误，应选择综合指标矿化度进行评价。
虽然许多研究表明通过建立水化学指标与电阻率(电导率)的相关关系来确定电阻率(电导率)特征值是可行的，但是有关利用矿化度指标确定电阻率特征值的研究较少，二者之间的定量关系，还有待进一步研究。
电阻率实际上是土壤和地下水的综合反映，受地层岩性、水文地质等地区性因素的影响。许多研究者在进行室内试验时，先将砂土过筛后用自来水反复淘洗并烘干，其忽略了地层因素对电阻率的影响，尤其是含水砂层颗粒间所夹杂的矿物成份对离子的吸附作用引起的岩石电学特征的改变。这种情况下建立的回归关系是否正确，有待验证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种系统检测海水入侵的方法，该方法可以避免因钻孔取水样可能造成的咸淡水二次交叉污染问题，同时，也可弥补物探方法无法准确圈定海水入侵范围的不足；本发明通过建立检测区矿化度与电阻率的特征关系，得到该区判断海水入侵的电阻率特征值，通过电阻率法现场实测可以更加准确、快捷的得到检测区的海水入侵情况，预测海水入侵的发展趋势。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种系统检测海水入侵的方法，包括以下步骤：
(1)开展室内咸淡水驱替试验，获得检测区海水入侵的电阻率阈值：利用Displacement Sand Box装置进行试验，得到不同浓度水样驱替完成时填充砂样的电阻率值，建立检测区水化学指标矿化度和电阻率的定量关系，利用插值法得到国标中生活饮用水矿化度指标1000mg/L对应的电阻率值，将该值作为监测区域判断海水入侵的电阻率阈值；
(2)采用大比尺水槽开展海水入侵模拟实验，判断步骤1中的电阻率阈值是否可以用于监测区域海水入侵情况的研究：将海水染色，以示踪法标示海水的动态运移过程或海水中盐分的迁移情况；利用照片分析、电阻率剖面分析与水样分析相结合的方法，验证用步骤1中电阻率阈值判断检测区海水入侵情况的准确性；
(3)针对大比尺水槽试验中咸淡水界面的形态构建地电模型，通过数值模拟法研究电阻率法对咸淡水界面的监测效果；并在已建模型的基础上，通过控制单一变量来研究咸化程度、粘土层电阻率值以及测量极距等因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响；
(4)结合已有的水文地质资料和监测井钻孔资料，在检测区内布置多条测线，进行电阻率法现场实测，结合前三步的研究成果对实测数据进行分析解释，以得到检测区的海水入侵情况。
进一步的，步骤1中所述的Displacement Sand Box装置的主体为一个无盖的长方体，纵向由两块有机玻璃板分隔为3室，中间为填充测量室，两侧为水室，有机玻璃板上钻有9个渗水孔；所述的水室两端的两个侧壁下方各有一个排水孔；所述的填充测量室两端分别安置供电电极A、供电电极B，填充测量室中间位置分别安置测量电极M、测量电极N。
进一步的，所述的Displacement Sand Box装置的材料为有机玻璃板，水室和填充测量室的规格均为210mm×40mm×30mm(长×宽×高)，供电电极A、供电电极B，测量电极M、测量电极N为40mm×40mm的铜电极板，各电极之间位置关系为AM＝85mm，MN＝40mm，NB＝85mm。
进一步的，步骤1中所述的填充砂样均为取自检测区的含水层砂样。
进一步的，步骤2中所述的大比尺水槽，其主体砂槽是一个无盖的长方体，砂槽侧壁上留有6个接地孔，用于安装铜电极；所述的砂槽横向两端安装有海水室和淡水室，海水室、淡水室和砂槽之间分别由一块钻有渗水孔的有机玻璃板隔开，渗水孔直径d＝0.5cm，在有机玻璃板两侧设有矮桩，以起到固定的作用；所述的海水室和淡水室分别安装一个定水头装置，定水头装置分别安装马氏瓶I和马氏瓶II，马氏瓶I中盛装海水，马氏瓶II中盛装淡水；两个定水头装置用于在试验过程中控制水位，为防止海水腐蚀，海水室和淡水室与定水头装置之间分别采用硅胶管连接。
进一步的，所述的大比尺水槽的材料为有机玻璃板，尺寸为180cm×25cm×60cm(长×宽×高)；所述的海水室、淡水室，二者尺寸均为15cm×15cm×60cm(长×宽×高)。
进一步的，步骤2中所述的用于海水染色的着色示踪剂为胭脂红，电阻率剖面分析中剖面采集时所用的测量极距为10.0cm。
进一步的，步骤3中，进行电阻率数值模拟研究时，正反演计算使用的软件分别为RES2DMOD软件和RES2DINV软件。
进一步的，步骤4中，进行电阻率法现场实测时，所用的电极间距为2.0m或3.0m。
本发明所述的检测方法，与已有的监测方法不同，一方面是根据检测区地层的电性变化情况和含水层的赋存特征，建立海水入侵区矿化度与地层电阻率的特征关系，而不是单一Cl-指标与电阻率的特征关系；由于海水入侵具有地域性特征，以至于由单一Cl-指标与电阻率的相关关系得到的电阻率特征值并不完全适用，不能准确的反映检测区的海水入侵情况；本发明通过矿化度与电阻率的特征关系得到检测区判断海水入侵的电阻率阈值，使用此电阻率指标进行监测，可提高监测的准确性。另一方面，本发明是利用室内物理模拟、数值模拟与现场测量相结合的方法，得到完善的海水入侵检测方法，用于查明检测区海水入侵的范围和程度，预测海水入侵的发展趋势。
附图说明
图1：本发明方法步骤1中所述的Displacement Sand Box装置的结构示意图；
图2：本发明方法步骤2中所述的大比尺水槽结构示意图；
图3：实施例1步骤1中取样点的位置图；
图4：实施例1步骤1中，检测区矿化度与饱和含水砂层电阻率的特征关系图；
图5：实施例1步骤2中，不同时刻咸淡水界面位置图；
图6：实施例1步骤2中，不同时刻使用高密度电法仪测量得到的电阻率剖面图；
图7：实施例1步骤3中咸水入侵突变界面地电模型图；
图8：实施例1步骤3中咸水入侵突变界面模型的正反演计算结果；
图9：实施例1步骤3中模型不同咸化程度反演计算结果；
图10：实施例1步骤3中模型不同粘土层电阻率反演计算结果；
图11：实施例1步骤3中模型不同电极极距反演计算结果；
图12：实施例1步骤4中各测线对应的电阻率剖面图；
其中，1、水室；2、填充测量室；3、排水孔；4、渗水孔；5、供电电极A；6、供电电极B；7、测量电极M；8、测量电极N；9、砂槽；10、海水室；11、淡水室；12、马氏瓶I；13、马氏瓶II；14、接地孔；15、定水头装置。
具体实施方式
本发明提供了一种系统检测海水入侵的方法，该方法根据检测区地层的电性变化情况和含水层的赋存特征，建立海水入侵区矿化度与地层电阻率的特征关系；并且利用室内物理模拟、数值模拟与现场测量相结合的方法，得到完善的海水入侵检测方法，用于圈定检测区海水入侵的范围和空间变化情况。主要包括以下步骤：
(1)开展室内咸淡水驱替试验，获得检测区海水入侵的电阻率阈值：使用Milli Q水和人工海水素配制不同浓度的水样，用0.45μm的一次性针头过滤器将水样全部过滤，使用离子色谱仪测定水样中各离子含量，计算出对应的矿化度，利用Displacement Sand Box装置进行试验，具体包括以下步骤：
A、将取自现场的砂样直接装入Displacement Sand Box的填充测量室内，装满后轻击槽壁并压实，确保砂样均匀密实，封堵水室两侧的排水孔，向水室内注满取自现场的淡水，对砂样进行饱和，静置30分钟；
B、封堵水室与砂样填充区之间有机玻璃板上的全部渗水孔，并将两侧水室内的淡水放空，然后使用相应的仪器测量M、N电极之间的电流和电位差；
C、打开水室与砂样填充区之间被堵住的渗水孔，将取自现场的海水缓慢均匀的滴到砂样上方进行驱替，待刚好吸收时测量M、N电极间的电流和电位差，继续滴加海水并进行测量，直至连续两次计算得到的电阻率相差小于0.01Ω·m时，认为驱替完成；
D、重复步骤A～C，测得不同浓度人工配制水样驱替完成时M、N电极之间的电流和电位差。
根据公式(1)由试验测得的电流和电位差计算出对应的电阻率值，
式中，ρ为砂样的电阻率(Ω·m)，U为测量电极M、N间的电位差(mV)，I是通过砂样的电流(mA)，S为砂样的横截面积(m2)，取0.04×0.03m2，L为M、N电极之间的距离，取0.04m；
建立矿化度与电阻率的关系曲线，并对其进行拟合。根据国标中要求的生活饮用水矿化度指标1000mg/L进行插值，得到的电阻率值便是此检测区判断海水入侵的电阻率阈值。
该步骤中所述的Displacement Sand Box装置(如图1所示)，材料为有机玻璃板；其主体为一个无盖的长方体，纵向由两块有机玻璃板分隔为3室，中间为填充测量室2，两侧为水室1，有机玻璃板上钻有9个渗水孔4；水室两端的两个侧壁下方各有一个排水孔3；所述的填充测量室两端分别安置供电电极A 5、供电电极B 6，填充测量室中间位置分别安置测量电极M 7、测量电极N 8，水室和填充测量室的规格均为210mm×40mm×30mm(长×宽×高)，供电电极A、供电电极B，测量电极M、测量电极N为40mm×40mm的铜电极板，各电极之间位置关系为AM＝85mm，MN＝40mm，NB＝85mm。
(2)采用大比尺水槽开展海水入侵模拟实验：将海水染色，利用照片分析、电阻率剖面分析与水样分析相结合的方法，验证用步骤1得到的电阻率阈值判断海水入侵情况的准确性，具体包括以下步骤：
A、水样着色：利用胭脂红对海水进行染色，胭脂红的使用浓度视情况而定，不宜过小，否则将导致咸淡水界面不够清晰，难以准确分辨；
B、砂槽填充：首先用保鲜膜在海水室和淡水室的内侧将带有渗水孔(d＝0.5cm)的有机玻璃板封住；然后将含水层砂样装入砂槽，厚度为30cm，每次填充5cm高的砂样，进行压实并将上表面刮毛，直至砂层高度满足试验要求为止；最后向砂样中均匀的加入取自现场的淡水，直至饱和，静置24h；
C、试验运行：调整两端的水头装置，使其保持一定的水位差(h)，h不宜过大，否则将导致试验中海水入侵的速度过快，难以记录某一时刻咸淡水界面的位置并测得对应的电阻率剖面；打开水头控制装置上的进水开关，向水室进水，待两端水室水位均达到要求并稳定时，抽出封在有机玻璃板上的保鲜膜，开始运行试验。用照相的方法记录下不同时刻咸淡水界面的位置及形态，同时测得对应的电阻率剖面，试验结束前分别在海水入侵区，咸淡水过渡带和淡水区取水样并进行矿化度的测量；
D、通过照片分析、电阻率剖面分析与水样分析相结合的方法，验证将步骤1所得电阻率阈值用于判断海水入侵情况的准确性。
该步骤中所述的大比尺水槽(如图2所示)，材料为有机玻璃板，其主体砂槽9是一个无盖的长方体，砂槽侧壁上留有6个接地孔14，用于安装铜电极；砂槽纵向两端安装有海水室10和淡水室11，海水室、淡水室和砂槽之间分别由一块钻有渗水孔的有机玻璃板隔开，渗水孔直径d＝0.5cm，在有机玻璃板两侧设有矮桩，以起到固定的作用；海水室和淡水室分别安装一个定水头装置15，定水头装置分别安装马氏瓶I 12和马氏瓶II 13，马氏瓶I中盛装海水，马氏瓶II中盛装淡水；两个定水头装置用于在试验过程中控制水位，为防止海水腐蚀，海水室和淡水室与定水头装置之间分别采用硅胶管连接。所述的大比尺水槽的砂槽尺寸为180cm×25cm×60cm，海水室、淡水室，二者尺寸均为15cm×15cm×60cm。
(3)海水入侵电阻率法数值模拟：
A、在检测区已有地层资料的基础上，针对步骤2中咸淡水界面的形态构建地电模型。以步骤1咸淡水驱替试验中淡水饱和砂样时的电阻率值作为模型中淡水区的电阻率，海水入侵区的电阻率取值可根据驱替试验中取自现场的海水驱替完成时的电阻率值而定，参考地层资料或相关钻孔资料中隔水层的岩性来决定模型中隔水层的电阻率；若地电模型中设有咸淡水过渡带，则过渡带的电阻率取值应介于入侵区电阻率与淡水区电阻率之间；各层的厚度应与资料中研究区的实际情况大致相同，或按同一比例相应的缩小或放大；
.模型的水平长度不宜过小，由于电阻率法的测量深度与测量电极A、B的距离成正比，如果测线过短，将无法测量到模型下部的电阻率，因此，应选择合适的水平长度构建模型。模型的测量极距a需满足：a与现场剖面采集所用极距的比值应等于模型中各层厚度与研究区各层实际厚度的比值。
模型的测量装置应与步骤2中电阻率剖面的测量装置相同，使用有限差分法将地电模型差分为矩形网格，相邻电极之间是4个节点。使用RES2DMOD软件进行正演计算，RES2DINV软件进行反演计算，并使用Surfer软件对反演计算结果进行绘制。将得到的电阻率剖面图与原有模型进行对比分析，进一步论证电阻率法对咸淡水界面的监测效果；
B、电阻率法测量结果的影响因素分析：
在现场测量时，诸多因素会对测量结果造成不同程度的影响，例如，降雨或者农田灌溉会使表层土电阻率发生一定程度的改变，将对测量结果造成影响；测量时使用电极极距的不同，所得到的电阻率剖面也会有所不同。为了能够对实测数据做出合理分析，必须先掌握各种因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响。这里使用数值模拟手段对不同条件下的海水入侵情况进行模拟，以得到各因素对咸淡水界面测量结果的影响；
以研究表层土电阻率对测量咸淡水界面的影响为例，对研究过程加以说明如下：首先，模型中各区域的位置和形态、所使用的测量装置与测量极距，均保持不变，只改变表层土的电阻率，通过控制单一变量来达到研究目的；然后，使用RES2DMOD软件和RES2DINV软件依次对地电模型进行正演计算和反演计算，得到不同表层电阻率对应的电阻率剖面；最后，将同一变量不同取值条件下的电阻率剖面进行比较分析，以得到该因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响；
需要注意的是在研究测量极距对咸淡水界面测量结果的影响时，若要保持模型的大小和形态不发生改变，就需要改变模型中的电阻率块数。例如，设模型的水平长度为L，当测量极距为1.0m时，测量电极的个数为L+1，模型中的块数为4*L/1.0＝4L；那么，当测量极距增至2.0m时，模型中测量电极的个数为L/2+1,电阻率块数为4*L/2.0＝2L。模拟时为使咸淡水界面的位置和形态保持不变，需将相邻的电阻率节点合并。例如测量极距由1.0m增至2.0m时，就需要将模型中由左至右每相邻的2个节点合并为1个，各节点对应的电阻率值保持不变。
(4)现场试验与分析：
通过查阅书籍、文献等资料来掌握检测区的水文地质条件、地形地貌以及地层分布情况。布置测线时，首先应尽量避开地形起伏较大的地方、车流人流较多的地方、以及上空高压线密集的地方；根据研究范围的大小可布设多条测线，测线应跨越海水入侵区、咸淡水过渡带和淡水区，这样通过各测线测量结果间的对比，便可以得到海水入侵的总趋势。测量装置与步骤2、3中的相一致，在天气、时间等条件允许的情况下，应选择较小的电极极距进行测量；
使用RES2DINV电阻率法处理软件对测量数据进行反演计算。一般认为，最佳迭代次数(N)为均方根误差(RMS)值没有明显变化时的迭代次数，通常介于3～5之间；
数据分析过程中，应用步骤1中得到的电阻率阈值来判断含水砂层中咸淡水的分布情况，同时，也将步骤3中对电阻率法测量咸淡水界面影响因素的研究应用到电阻率剖面的解释分析中；在电阻率剖面中圈出海水入侵区的分布范围，并根据已有的矿化度与电阻率的拟合关系，计算出其对应的地下水矿化度值，进而进行咸化程度(淡水、微咸水、咸水)的划分；分析电阻率剖面图中各处高低阻异常反映的原因，并给出合理推断。最后，将各测线的分析结果汇总，在研究区内圈出海水入侵的范围，并根据咸化程度的分布情况说明海水入侵的总趋势。
实施例1：
大沽河咸水入侵情况监测：自大沽河向青岛市区大规模供水以来，超量开采地下水，导致其近海发生大面积的海水入侵；1998年，在李哥庄南部建立了麻湾庄截渗墙，有效阻止海水入侵的同时也使李哥庄地区残留了一定区域的咸水体，并由于上下层的混合作用使得咸水体的体积不断增大，这里应用此发明方法监测大沽河的咸水入侵情况：
(1)取监测区李哥庄镇JZ35监测井附近的含水层砂样作为供试砂样，试验水样包括取自现场的淡水、咸水以及14组人工配制水样；淡水样和咸水样分别取自监测井JZ21、JZ30，取样位置如图3所示。人工配制水样的制作方法为：准确称量0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g、4.5g、5.0g、5.5g、7.0g、9.0g、11.0g青岛通用海大海水素公司生产的人工海水素，并分别溶于1L的Milli Q水中，配制成14组不同浓度的水样。
使用离子色谱仪测定水样中各离子的含量，并计算出对应的矿化度值。开展咸淡水驱替试验，由试验测得的电流和电位差，计算出驱替完成时饱和砂样的电阻率，建立矿化度与饱和含水砂层电阻率的量化关系，如图4所示，根据国标中要求的生活饮用水矿化度指标1000mg/L进行插值，得到该区判断咸水入侵的电阻率阈值为23Ω·m。
(2)已知在研究区各监测井水质监测结果中，无论是Cl-浓度指标，还是矿化度指标，JZ30都是最高的，因而可以认为现场取回的咸水样代表了研究区地下水咸度的最高值，这里，用胭脂红对此水样进行染色，胭脂红的使用量为750mg/L。调整大比尺水槽两端定水头装置的高度，控制两侧水位差为3cm，运行试验；
将不同时刻的咸淡水界面绘制在同一图中，如图5所示，结合运移时间比较各咸淡水界面下端所在位置可以看出，在整个咸水入侵过程中，时间越长，咸淡水界面向淡水一侧运移的越缓慢，咸水入侵的速度越慢；拍照记录不同时刻咸淡水界面运移情况的同时，使用高密度电法仪测得其对应的电阻率剖面，如图6所示，对应时刻依次是0.25h、1h、2h和3h；在试验结束之前，使用虹吸管在咸水区、淡水区以及肉眼观察到的颜色界面处分别取水样。根据步骤1中矿化度与饱水砂层电阻率的拟合关系，可得到各取样位置的电阻率，见表1：
表1各水样矿化度和理论电阻率值
| 各区水样 | 咸水样 | 颜色界面处水样 | 淡水样 |
| 矿化度(盐度)g/L | 6.8 | 0.8 | 0.6 |
| 理论电阻率Ω·m | 5.1 | 28.8 | 37.8 |
如图6所示，图中白色曲线①代表对应时刻试验照片中所显示的咸水入侵界面，简称为界面①，白色曲线②代表23Ω·m的电阻率等值线，简称为界面②；初步认为界面①与界面②所夹区域为咸淡水过渡带。
由于试验初始阶段，照片中咸淡水界面的位置及形态与电阻率剖面中界面②的位置及形态相差较大，图6(a)和(b)中只对界面②进行了绘制。经分析认为出现此现象的原因为：A.试验初始阶段，咸水入侵区域位于砂槽的右下角，由于电阻率法中温纳装置的测量剖面为倒梯形，使用温纳装置测量时，咸水入侵区只有少部分位于测量范围内；B.电阻率是其周围介质导电性的综合反映，由于反演中平滑约束算法的自身缺陷，使得剖面中电阻率呈现出一个渐变的趋势，而非实际的突变界面。
如图6(c)和(d)所示，界面①和界面②的位置基本吻合，二者之间所夹区域较小，即咸淡水过渡带范围较小。由此可知：在水位差保持恒定时，入侵界面附近仅存在小范围的咸淡水过渡带，咸水的入侵界面近似于突变界面。就图(c)和(d)而言，电阻率剖面法可以准确的反映咸水入侵界面的位置及形态。
对照不同时刻的实物照片和电阻率剖面图，并结合水样分析可得：电阻率阈值23Ω·m可准确的划分咸淡水，反映咸水入侵情况。
(3)针对咸水入侵大比尺水槽试验中咸淡水界面的形态构建地电模型，如图7所示，试验中咸淡水过渡带的范围较小，这里针对这种突变状态进行模拟，图8为咸水入侵突变界面模型正反演计算结果；并以突变界面模型为对象，通过数值模拟法研究咸水入侵情况下，咸化程度、粘土层电阻率值以及单位电极距等因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响，从图9、10、11可见：
A、数值模拟法能够成功获得含水介质中咸淡水界面的位置与形态，电阻率断面可以反映出咸水入侵的程度和范围；
B、咸化程度和粘土层电阻率值对模型各区域电阻率的测量均无明显影响；
C、测量极距主要影响电阻率剖面的分辨率，极距越大，反演断面的分辨率越低。
(4)为反映研究区地下水的咸化情况，在已有的监测井水质资料的基础上，在黄家屯村与新马家庄村之间沿西北至东南方向布设四条测线1-1'、2-2'、3-3'和4-4'。各测线对应的电阻率剖面如图12所示，以23Ω·m作为判别标准，可以得到研究区咸水入侵的程度和范围，达到检测目的，结果如表2所示：
表2各测线含水砂层电阻率值
| 测线号 | 含水砂层电阻率变化范围 | 测线号 | 含水砂层电阻率变化范围 |
| 1-1' | 13～36Ω·m | 3-3' | 3～11Ω·m |
| 2-2' | 10～16Ω·m | 4-4' | <5Ω·m |
由表2可知：测线1-1'至测线4-4'依次位于淡水区，咸淡水过渡区和咸水区，研究区咸水入侵是由东南向西北方向发展的。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种系统检测海水入侵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)开展室内咸淡水驱替试验，获得检测区海水入侵的电阻率阈值：利用DisplacementSand Box装置进行试验，得到不同浓度水样驱替完成时填充砂样的电阻率值，建立检测区水化学指标矿化度和电阻率的定量关系，利用插值法得到国标中生活饮用水矿化度指标1000mg/L对应的电阻率值，将该值作为监测区域判断海水入侵的电阻率阈值；
(2)采用大比尺水槽开展海水入侵模拟实验，判断步骤1中的电阻率阈值是否可以用于监测区域海水入侵情况的研究：将海水染色，以示踪法标示海水的动态运移过程或海水中盐分的迁移情况；利用照片分析、电阻率剖面分析与水样分析相结合的方法，验证用步骤1中电阻率阈值判断检测区海水入侵情况的准确性；
(3)针对大比尺水槽试验中咸淡水界面的形态构建地电模型，通过数值模拟法研究电阻率法对咸淡水界面的监测效果；并在已建模型的基础上，通过控制单一变量来研究咸化程度、粘土层电阻率值以及测量极距因素对电阻率法测量咸淡水界面的影响；
(4)结合已有的水文地质资料和监测井钻孔资料，在检测区内布置多条测线，进行电阻率法现场实测，结合前三步的研究成果对实测数据进行分析解释，以得到检测区的海水入侵情况；
所述的Displacement Sand Box装置的主体为一个无盖的长方体，纵向由两块有机玻璃板分隔为3室，中间为填充测量室(2)，两侧为水室(1)，有机玻璃板上钻有9个渗水孔(4)；所述的水室两端的两个侧壁下方各有一个排水孔(3)；所述的填充测量室两端分别安置供电电极A(5)、供电电极B(6)，填充测量室中间位置分别安置测量电极M(7)、测量电极N(8)；
所述的Displacement Sand Box装置的材料为有机玻璃板，水室(1)和填充测量室(2)的规格均为长210mm×宽40mm×高30mm，供电电极A(5)、供电电极B(6)，测量电极M(7)、测量电极N(8)为40mm×40mm的铜电极板，各电极之间位置关系为AM＝85mm，MN＝40mm，NB＝85mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述的填充砂样均为取自检测区的含水层砂样。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的大比尺水槽，其主体砂槽(9)是一个无盖的长方体，砂槽侧壁上留有6个接地孔(14)，用于安装铜电极；所述的砂槽横向两端安装有海水室(10)和淡水室(11)，海水室、淡水室和砂槽之间分别由一块钻有渗水孔的有机玻璃板隔开，渗水孔直径d＝0.5cm，在有机玻璃板两侧设有矮桩；所述的海水室和淡水室分别安装一个定水头装置(15)，定水头装置分别安装马氏瓶I(12)和马氏瓶II(13)，马氏瓶I中盛装海水，马氏瓶II中盛装淡水；所述的海水室和淡水室与定水头装置之间分别采用硅胶管连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的大比尺水槽的材料为有机玻璃板，尺寸为长180cm×宽25cm×高60cm；所述的海水室、淡水室，二者尺寸均为长15cm×宽15cm×高60cm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的用于海水染色的着色示踪剂为胭脂红，电阻率剖面分析中剖面采集时所用的测量极距为10.0cm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，进行电阻率数值模拟研究时，正反演计算使用的软件分别为RES2DMOD软件和RES2DINV软件。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，进行电阻率法现场实测时，所用的电极间距为2.0m或3.0m。
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