海水抽水蓄能电站上水库渗漏的地下水环境数值模拟研究

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海水抽水蓄能是一种利用海水代替淡水作为工质,且以海洋作为下水库的新型技术,其具有资源丰富、成本低廉、节约淡水资源等优势,在拥有丰富海洋资源的滨海与海岛地区具有广阔的前景。但是海水作为一种特殊的发电介质,会引起发电组件的腐蚀、海水飞溅污染植被与土壤、渗漏海水污染地下水等问题,其中上水库海水渗漏是对环境影响最为显著的问题之一,但渗漏海水在地下水中运移规律研究较少,海抽工程选址及建设工作缺乏相应的指导。本文以国家重点研发计划课题“海水抽水蓄能电站环境影响评估与生态修复关键技术研究”为依托,以珠海市大万山岛为研究对象,在开展现场水文地质勘查的基础上,通过地下水渗流-溶质运移模型对比了砂岩、花岗岩、岛礁三种不同岩性、断层地质构造、已经90m、120m、150m三种有效水头条件下的上水库渗漏海水运移规律,得出以下结论:(1)在同种有效水头和地质构造条件下,渗透性较强的地层在发生渗漏时,溶质的运移更快且运移的方向受地形和流场影响更小,反之渗透性较弱的地层发生渗漏时,溶质运移较慢且运移方向受地形和流场的影响较大。(2)在同种岩性和地质构造条件下,平均水头较高的模型其渗漏速度更快且渗漏范围更大,渗透性越强的地层受水头影响越大,且水头越高,溶质运移对水头变化的敏感性越高。但总体上水头的变化对三种岩性岛屿的溶质运移影响均不显著;(3)在同种岩性和有效水头条件下,断层的存在会大大增加岩层的渗透系数,使得渗漏溶质在地下水环境中的运移速度加快,且溶质更倾向于沿着渗透性较大的断层扩散,断层对溶质运移的影响较显著。(4)在水文地质条件相同情况下,由于库盆中心位于坝底的上游,水力梯度较大,因此海水在库盆中心渗漏工况下的渗漏量与渗漏面积更大。在大万山岛渗漏海水迁移模拟的基础上,本文通过抽水修复地下水数值模拟提出了监测与修复方案,即在平均有效水头为120m的花岗岩岛屿中,在库盆中心与坝底的第四系含水层底部设置监测点,可以及时监测到渗漏海水污染地下水,同时在渗漏点处设置完整井抽水可以有效减少地下水中的海水浓度,修复地下水环境。本文研究成果表明,海水抽水蓄能电站的选址应该重点考虑岩性与断层构造的问题,两者对海水运移的影响较大,为了防止海岛地下水污染,应当选择岩层渗透性较低、水库有效水头较低且不含有断层构造的海岛,其海水的扩散速度较慢,污染范围较小。且在海水抽水蓄能电站运营过程中,应在地下水位处设置地下水污染监测点,当渗漏发生时可以及时响应且当地下水位埋深较浅时可用抽水的方式修复地下水环境。
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