【摘 要】
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地下水人工补给能够有效应对地下水超采及其所引起的环境负效应,但补给过程中的堵塞问题严重制约了它的推广应用。本次研究以国家重点研发计划课题“雄安新区地下水人工补给调蓄（2018YFC0406503）”为支撑,根据研究区水文地质条件以及地下水人工补给条件,设计了井灌和河道入渗方案,并开展了相应的地下水人工补给原位试验,对堵塞控制效果进行了分析;构建了可适用于不同形成原因表面堵塞过程的模拟模型,并对原位
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地下水人工补给能够有效应对地下水超采及其所引起的环境负效应,但补给过程中的堵塞问题严重制约了它的推广应用。本次研究以国家重点研发计划课题“雄安新区地下水人工补给调蓄（2018YFC0406503）”为支撑,根据研究区水文地质条件以及地下水人工补给条件,设计了井灌和河道入渗方案,并开展了相应的地下水人工补给原位试验,对堵塞控制效果进行了分析;构建了可适用于不同形成原因表面堵塞过程的模拟模型,并对原位试验堵塞演化过程进行了模拟分析,取得的主要研究成果如下:（1）研发了一种井灌补给堵塞的控制技术。该技术针对传统管井回灌堵塞因常发生在过滤器、滤料层及邻近含水介质中而难于治理的问题,通过3个途径实施堵塞预防和治理:（1）在回灌井入口处增加多孔质过滤装置,将回灌井中主要发生堵塞的位置提前至地表以上从而便于堵塞治理;（2）在回灌井管中增加可实现回扬功能的内管,当井下部发生堵塞时可通过定期回扬进行处理;（3）在回灌井管（外管）和回扬井管（内管）之间填充与过滤介质,进一步降低回灌过程中过滤器、滤料层及邻近含水介质的堵塞风险。（2）研发了一种河道入渗补给堵塞的控制技术。该技术针对包气带和河床天然渗透能力弱、地表水无法高效补给地下水的问题,根据地表水中悬浮物重力沉降原理,提出了高位入渗的堵塞控制方法,即在河床及低漫滩设置高出地表的高渗透砂柱并使之穿透地表以下低渗透粘土层,从而打通地表水向地下水转化的通道。该方法的可实现丰水期高效入渗、枯水期对砂柱表层维护的目的。（3）开展了地下水人工补给原位试验,验证了堵塞控制技术的有效性。（1）为期30天的井灌补给原位试验表明:与常规回灌井相比,应用堵塞控制技术的促渗井,对于由回灌水中悬浮颗粒物、铁的氧化物或氢氧化物形成的沉淀以及絮凝作用造成的堵塞有很好的预防和控制效果,可将高速率回灌的稳定时间延长29倍,稳定回灌速率提高77%;（2）为期52天的南拒马河河水入渗补给试验表明:与天然河道相比,应用堵塞控制技术的高位入渗装置,可将单位面积上的河水与地下水转化强度提高1个数量级,补给效率提升170%,且随着补给时间的增加,效果更加明显。（4）构建了适用于多种成因机制表面堵塞的模拟模型。该模型基于中间阻滞和滤饼过滤两种堵塞机制,结合堵塞阻力串联模型而提出,能够定量化模拟地下水人工补给过程中压降的变化。基于室内实验数据进行验证,表明该模型能够较好地模拟地下水人工补给过程中的介质表面堵塞过程,并对中间阻滞和滤饼过滤堵塞机制发生置换的时间做出预判。利用所构建的表面堵塞模型,对地下水人工回灌井和河道入渗原位试验数据进行模拟,证明了该模型对于实际定流量回灌过程以及非定水头条件下人工补给堵塞演化过程模拟较好的适用性,具有一定的应用潜力。
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