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水 利 学 报

２０２５ 年 １ 月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６ 卷 第 １ 期

文章编号： ０５５９－９３５０（２０２５）０１－０１０６－１１

地下坝防治海水入侵的三维数值模拟与混合整数多目标优化

尹吉娜 ， 鲁春辉 ， 沈城吉 ， 陈华伟 ， 陈 麟 ４
１，２
１，２
１
３
（１． 河海大学 水灾害防御全国重点实验室， 江苏 南京 ２１００２４；
２． 河海大学 长江保护与绿色发展研究院， 江苏 南京 ２１００２４；
３． 山东省水利科学研究院， 山东 济南 ２５００１３；
４． 中国地质调查局沈阳地质调查中心， 辽宁 沈阳 １１００００）
摘要： 滨海区因地下水过度开采而遭受海水入侵灾害。 地下坝可有效阻止海水入侵， 但坝体内陆侧会滞留大量地
下咸水而影响正常开采。 针对实际复杂水文地质条件下地下坝后咸水体回退过程不明、 模型过于简化、 修复策略
单一等问题， 本文提出了地下坝防治海水入侵的三维数值模拟与多目标智能优化耦合方法。 选取山东省龙口市黄
水河库区作为目标区域， 创建了基于 ＳＥＡＷＡＴ＿Ｖ４ 的三维变密度地下水流及盐分运移模型， 并将 ＳＥＡＷＡＴ 模型与
改进的 ＮＳＧＡ－ＩＩ 深度耦合， 以减少地下水抽咸注淡量和减缓海水入侵程度为两个冲突目标， 建立了混合整数变量
的海水入侵防治多目标智能优化模型。 结果表明， 龙口黄水河库区地下坝防治海水入侵的效果受地下坝位置、 长
度等多重因素显著影响； 抽咸注淡可形成区域性水力屏障， 有效清除坝后地下咸水， 明显减缓海水入侵程度； 同
时， 优化获取的帕累托最优前沿面能够提供分布良好且广泛的抽注策略， 满足决策者的不同管理需求。
关键词： 地下坝； 海水入侵； 地下水数值模拟； 多目标优化算法； 抽咸注淡

中图分类号： ＴＶ１３８ ｄｏｉ： １０．１３２４３∕ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２４５
文献标识码： Ａ
１ 研究背景

海水入侵已成为全球普遍关注的一种环境地质灾害， 它不仅污染滨海含水层， 而且造成土壤盐渍
化、 机井报废等不利影响， 极大制约了滨海地区的社会经济可持续发展 ［１－４］ 。 地下水库具有调蓄水资
源和防治海水入侵双重效益， 利用天然或人工形成的蓄水构造中的地层空隙作为地下水的储存与调蓄
空间 ［５］ ， 解决尖锐的水资源供需矛盾。 其形式有天然地下水库和人工地下水库之分。 建造地下坝是形
成人工地下水库的重要途径之一 ［６］ 。 地下坝是指修建在含水层底部、 仅允许地下水从其顶部过流的墙
体， 又称 “地下截渗墙”。 地下坝能够有效阻止滨海咸水向内陆水源地入侵， 但同时引发了一些问题。
部分咸水体滞留在地下坝内陆侧（即地下坝后）， 使得库区内地下水水质氯化物含量超标， 地下水咸化
严重， 导致水源地无法正常开采。 天然条件下， 含水层仅靠自身特性实现坝后咸水完全去除需要几十
年甚至上百年 ［７－８］ 。 因此， 面对复杂多变的自然－人类双重驱动作用， 准确掌握地下坝位置、 长度等复
合因素对咸淡水界面运移的影响， 并制定合理且具有区域针对性的海水入侵防治及地下水调控策略，
对于推动陆海统筹、 实现海岸带可持续发展至关重要。
针对海（咸）水入侵防控与治理， 国内外学者提出了多种研究方法 ［９－１０］ 。 Ａｂｄｏｕｌｈａｌｉｋ 等 ［１１］ 提出了结

合不透水截渗墙和半透水地下坝的混合物理屏障作为控制海水入侵的新型屏障系统， 并使用 ＳＥＡＷＡＴ
模型评估与试验数据的一致性。 研究发现， 这种新型混合系统可显著减小滨海含水层咸水入侵范围。
［１２］ 验证了含水层储存与恢复（Ａｑｕｉｆｅｒ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ， ＡＳＲ）方案在美国南卡罗来纳州希尔顿
Ｐｙｎｅ

收稿日期： ２０２４－０４－２８； 网络首发日期： ２０２４－１２－２５
网络首发地址： ｈｔｔｐｓ：∕∕ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ∕ｕｒｌｉｄ∕１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１２２４．１００７．００１
基金项目： 国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ３２００５００）； 国家自然科学基金青年项目（５２１０９０８０， ４２１０２２９４）
作者简介： 尹吉娜（１９８８－）， 副教授， 主要从事海岸带地下水动力与溶质运移研究。 Ｅ－ｍａｉｌ： ｊｎｙｉｎ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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