地层对海水入侵的控制作用和地下水管理意义.docVIP

［美］Tracy Nishikawa和A. J. Siade等 冯翠娥 译；李 烨、段 琦 校译 在美国加利福尼亚州的洛杉矶，抽取地下水导致大范围的地下水水位下降和沿海地区的海水入侵。本研究开发了基于SUTRA的溶质运移模型，来测试Dominguez Gap区域地层序列模型的水力特征，并评价地下水管理方案的影响。模型是二维垂直流的，遵循从太平洋通过Dominguez Gap的近似流线。结果表明，新识别的断层系统可以提供海水的运移途径，位于Bent Spring和Upper Wilmington的地层界线可以控制海水的垂直运动。考虑了3种50年的水管理方案：（1）水管理方法没有变化；（2）修建了地下连续墙；（3）使内陆水位增加至海平面以上7.6m。采用方案（1）和（3），对海平面瞬间上升1m的影响进行了测试。根据两个100年的模拟结果表明，当海平面上升1m时，采用方案1，可能会加速海水入侵，而方案3对控制海水入侵比较有效。 一、概 述 20世纪，在美国洛杉矶沿海广泛开发利用地下水，导致地下水位下降和海水入侵等相关问题（Poland等，1959；Land等，2004）。从上世纪50年代以来，已经采取了许多措施来解决这些问题，包括划定流域范围和建立南加州盆地水补充管区（WRDSC），负责保护和管理该地区的地下水，采取的具体行动包括减少抽水和增加人工回灌。特别是为了避免海水入侵，在西海岸盆地、Dominguez海峡和Alamitos海峡建了三个控制井，沿海岸注入水，营造海水入侵水力帷幕（Reichard等，2003）。目前，每年大约有3.7×107m3的水被注入到3个控制井。虽然控制井对于减少海水入侵具有重要作用，但在Dominguez Gap仍有这一现象发生（Land等，2004）。 美国地质调查局（USGS）与WRDSC合作，对洛杉矶沿海的地下水系统进行区域分析（Land等，2002；Reichard等，2003；Land等，2004；Reichard和Johnson，2005）。近年来，美国地质调查局、WRDSC和洛杉矶公共建设局（LACDPW），在洛杉矶沿海Dominguez Gap区域进行了广泛的钻探研究工作（Hillhouse等，2002）。该研究的目标是确定这一地区详细的地层层序，以改进海水入侵控制战略。这一工作建立的顺序地层层序模型是基于由USGS建造的5口钻井资料，并由该地区现有的钻井资料进行补充（Ponti等，2007；Edwards等，2009）。 （一）地质环境和水文地质 洛杉矶盆地西南的Dominguez海峡地区，包括与San Pedro海湾毗邻的洛杉矶县的沿海平原一部分、长堤市和托兰斯（地处长堤市西北）。地质构造方面，Dominguez Gap总体位于Wilmington的掩埋背斜，东北和西南边界分别为Newport-Inglewood断层系统和Palos Verdes断层。洛杉矶河的侵蚀河道有30m厚的全新统河流冲积物和河口沉积物，除此以外的大部分地区，地表出露有晚更新统冲积物、崩积物和近海沉积物。 许多研究已经描述过Dominguez Gap地区的含水沉积层，其中最重要的是Poland和Piper（1956）、Poland等（1959）、加利福尼亚水资源部（1961）和Zielbauer等（1962）的工作。在Woodring（1946）的工作之后，所有这些研究均将该地区的全新统和更新统沉积物分为3个基本系列。采用加利福尼亚水资源部（1961）的定义，下更新统系列由San Pedro地层组成，这是位于Wilmington背斜以上的海相单元，沿Palos Verdes和Newport-Inglewood隆起出露。San Pedro地层由3个主要的含水单元组成，从老到新分别为（1）Sunnyside含水层；（2）Silverado含水层，这是该地区的富水含水层，局部厚度可以达到的200m；（3）Lynwood的上覆含水层。所有含水层主要由海砂组成，含细砂透镜体。Reichard等（2003）最近将这些含水层重新划分为下San Pedro（Sunnyside）含水层和上San Pedro上含水层（Silverado和Lynwood）系统。认为晚更新统Lakewood地层是不整合的上覆于San Pedro地层，由一系列浅海、河口、河流、和崩积沉积物组成，在托兰斯和长堤市地表出露。在Lakewood地层，识别出一个主要的含水单元，即Gage含水层（Reichard等，2003），该含水层主要由互层的细到中砂组成，局部有粗粒透镜体，一般较薄，与San Pedro含水层相比，岩性更为均质。在Lakewood地层之上，是全新统系列，主要由洛杉矶河流沉积物组成，夹细粒河口淤泥。 上部的岩石地层单元与下层岩性