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黑德岛咸水入侵的修复效果。 Ｅｂｅｌｉｎｇ 等 ［１３］ 利用 ＳＥＡＷＡＴ 和 ＦｌｏＰｙ 建立了一个二维变密度海水入侵模
型， 研究混合水力屏障方案的可行性和最优管理策略。 吕盼盼等 ［１４］ 通过室内二维砂箱试验研究了不同
补给井的位置、 流量及截渗墙位置和贯穿深度等多种情景下的咸淡水界面运移规律， 并将研究结果应
用到山东龙口地区含水层海水入侵防治中。 此外， 海水入侵阻滞效果还受到其他因素的影响。 例如，
何丽 ［１５］ 开展了无下沉式截渗墙和有下沉式截渗墙工况下海水入侵界面动态变化对比研究， 结果表明，
下沉式截渗墙的渗透系数越小， 其对海水的阻滞作用越明显。 武雅洁等 ［１６］ 的研究指出， 要完全清除截
渗墙内残余咸水， 下沉式截渗墙应具备最小高度。 Ｃｈａｎｇ 等 ［１７］ 基于垂向二维砂槽试验和数值模拟的研
究表明， 当地下坝高度略微低于建墙前其所在位置处的盐水楔高度时， 依然可达到阻滞海水入侵目
的， 进而降低地下坝的建造成本。 事实上， 学者发现地下坝防治海水入侵实际成效显著。 魏杨等 ［１８］ 通
过 “抽咸注淡” 原位试验修复地下咸水， 发现抽水和注水井群相结合的技术能够加速滞留在截渗墙内
部地下咸水体的排出。 章光新等 ［１９］ 分析了黄河营地下截渗墙上游氯离子浓度的时空分布规律， 发现
地下截渗墙运行一年就已初步显现出了海水入侵防治效果。 此外， 一些学者研发了地下水管理优化
模型以降低海水入侵风险 ［２０－２２］ 。 以上可看出， 当前地下咸水修复多依赖于室内物理模型及试验方
法； 对于数值模拟， 绝大多数研究停留在简单的二维模型或者人为假定的理想含水层， 缺乏考虑实
际复杂水文地质条件的三维含水层数值模拟研究， 尤其地下坝研究， 通常简化为一条多段线； 在海
岸带地下水管理方面， 仍较缺少与实际地下水问题有效结合的方法和技术研究以及效果验证。 传统
的地下水优化算法多停留在单一或者多目标的连续变量优化层面， 而实际工程可能涉及到整数变
量， 例如回灌井数量、 位置等， 这些问题也亟需改进突破。 从多目标均衡优化的角度， 采用智能优
化算法与复杂水文地质条件含水层的三维地下水模型相结合的研究目前仍处于发展阶段， 本文将在
此方面开展重点研究。
利用井群抽咸注淡是防治海水入侵的重要措施之一 ［１８］ 。 根据实际需求， 通过在地下坝内陆侧进行
井群抽注水布局设计， 合理抽取咸水、 注入淡水， 规划地下水抽注策略， 可加快地下坝内陆侧咸水体
去除， 修复上游含水层， 有效防控海水入侵。 本文针对复杂水文地质条件下地下水库库区海水入侵防
治问题， 以山东省龙口市黄水河库区作为研究区， 首先建立三维变密度地下水流及溶质运移模拟模
型， 揭示地下坝位置、 抽咸注淡强度及抽注水位置等因素对缓解海水入侵程度的影响； 在此基础上，
进一步改进融合混合整数变量的多目标智能优化算法， 并与三维数值模型耦合， 获取关于抽咸注淡
策略的帕累托最优方案集。 研究成果旨在为滨海含水层海水入侵防治与地下水高效管理提供科学
依据。

２ 方法和数据

２
２．１ 研究区概况 研究区位于莱州湾东岸的山东省龙口市黄水河下游库区， 区域总面积约为 ７８ ｋｍ ，
如图 １ 所示。 该区多年平均降水量约为 ５９９ ｍｍ。 降水量中等且年内分配不均。 该区第四系孔隙水广泛
分布， 由于地下水长期超采而导致区域地下水位持续下降， 产生负值降落漏斗， 从而引起海水入侵，
严重破坏了生态环境， 影响当地人民的饮用水安全及工农业生产。 在黄水河下游距海岸线 １．２ ｋｍ 处修
建了地下挡水坝， 坝体走向如图 １ 所示， 截面长度约 ６ ｋｍ， 贯穿深度约为 １８ ｍ， 具有阻挡海水入侵和
拦截入海潜流的双重作用。 在与黄水河交界处坝顶设有拦河闸， 可根据汛期情况开闸放水。 根据地下
坝址勘探， 基底岩石可确定为下第三系泥岩、 砂质泥岩， 透水性差， 可视为隔水边界。 坝轴线向东延
伸， 有下第三系灰绿色泥岩出露。 向西边延伸， 在地形抬高处有下第三系泥岩出露。 坝两端均为透水
性极差的隔水岩层， 几乎不会存在渗漏通道。 然而， 修筑地下截渗墙之后， 部分咸水残留在地下坝上
游侧， 影响地下淡水资源的开采和利用。 本文通过构建研究区的三维地下水数值模型， 量化地下坝和
井群抽注等因素对防治海水入侵的单一及复合影响， 进而通过优化井群抽注方式来减缓地下坝上游侧

海水入侵。
２．２ 数据来源 本研究所使用的数据及来源主要包括： （１）地质钻孔数据来自中国地质调查局地质云

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