大連市大魏家喀斯特水源地海水入侵現(xiàn)狀

宋慶春

（遼寧水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，遼寧 大連116037）

大魏家地區(qū)[1]位于大連市金州區(qū)西北部，瀕臨渤海，總面積約為100km2（圖1），屬于低山丘陵地貌，溫暖季風(fēng)氣候，具有一定的海洋性氣候特征。工作區(qū)內(nèi)年平均溫度為9.3～10.5℃，年極端最高溫度為38.1℃。年極端最低溫度為－26.4℃。蒸發(fā)量5月份最大，為249.3mm。多年平均降水量為600～700mm。20世紀(jì)60年代大魏家水源地作為大連市最大的地下水源地之一[2]，為大連市提供飲用水。由于長時(shí)間的過量開采，20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了海水入侵，地下水質(zhì)量變差。隨著海水入侵程度的增加，于2001年已基本全面停止開采，預(yù)留8眼開采井作為監(jiān)測井使用。

1 研究區(qū)概況

區(qū)內(nèi)海水入侵的途徑比較復(fù)雜，除受地層巖性、開采強(qiáng)度、地下水動力場變化、構(gòu)造斷裂等因素影響外，喀斯特發(fā)育也是影響區(qū)內(nèi)海水入侵的重要因素[3]。

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件

圖1 大魏家地區(qū)交通位置圖Fig.1 Location of the Daweijia region in Dalian City

本區(qū)大地構(gòu)造位置隸屬中朝準(zhǔn)地臺的遼東臺隆內(nèi)的Ⅲ級構(gòu)造區(qū)，復(fù)州－大連臺陷的次級單元復(fù)州－大連凹陷。區(qū)內(nèi)次生斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有NE向和近EW向斷裂2組：NE向斷裂表現(xiàn)為大魏家正斷層、連豐村正斷層和牛角山正斷層；近EW向斷裂表現(xiàn)為田家房身逆斷層。由于構(gòu)造斷裂切割了可溶巖體的完整性和連續(xù)性，溝通了可溶巖體的原生孔隙和裂隙，成為地下水滲入和運(yùn)移的主要通道，影響著地下喀斯特的發(fā)育狀況。

1.2 喀斯特發(fā)育規(guī)律

a.地層巖性及其巖化礦物組分[4]是喀斯特存在的客觀物質(zhì)條件。地層巖性是區(qū)內(nèi)喀斯特發(fā)育的基礎(chǔ)因素，它決定了巖石的可溶程度和原生孔隙、裂隙的發(fā)育程度。區(qū)內(nèi)所有易溶巖層或夾層，均有喀斯特存在，喀斯特揭露率達(dá)100%，即使是西大山組的砂屑灰?guī)r。主要喀斯特形態(tài)有：喀斯特漏斗（落水洞）、喀斯特塌陷、地下暗河、石芽、溶洞、溶蝕溝槽、溶孔（坑）、溶隙、溶蝕凹面等。

b.喀斯特以線狀為主，呈條帶狀（局部面狀）發(fā)育。各種緊密線型的褶皺構(gòu)造帶、斷裂構(gòu)造帶、巖脈接觸帶、巖層的層面構(gòu)造等，控制了喀斯特的平面展布，使喀斯特發(fā)育強(qiáng)度呈線狀分布，表現(xiàn)在吳家屯—大魏家、龐家屯—東田家、二十里堡—窩嶺等沿溶蝕洼地、丘間谷地河谷、侵入巖與灰?guī)r接觸帶部位喀斯特發(fā)育強(qiáng)烈。隨著深部的線狀喀斯特發(fā)育，又加劇了淺層面狀喀斯特的發(fā)育，多出現(xiàn)在瀕臨入?？诘牡屯蓍_闊地帶。

c.喀斯特的垂直分布規(guī)律。區(qū)域地殼差異性升降或侵蝕基準(zhǔn)面的相對抬升與下切，以及氣候條件的變化，對喀斯特水動力帶的形成、發(fā)展以及在各地段空間位置的變動均影響著喀斯特發(fā)育在垂向分布上的成層性。在垂向上主要可劃分為近地表喀斯特發(fā)育段、淺層喀斯特發(fā)育段、中層喀斯特發(fā)育段和深層喀斯特分散發(fā)育段[5]；根據(jù)實(shí)測鉆探揭露垂向分布深度依次為5～20m、20～40 m、50～85m和＞90m。

1.3 地下水動態(tài)變化

從近海岸（B220）和遠(yuǎn)離海岸（B214）長期觀測井的資料看，由于該地區(qū)的地表喀斯特發(fā)育，直接受大氣降水滲入補(bǔ)給，水位動態(tài)類型屬于降雨補(bǔ)給型[6]，遠(yuǎn)離海岸總是比近海岸的水位高，是一種天然狀態(tài)的地下水流場[7]（圖2）。

2 海水入侵現(xiàn)狀

對大魏家地段地下水動態(tài)觀測已有30多年歷史。通過30多年的動態(tài)資料與實(shí)際海水入侵過程的研究，發(fā)現(xiàn)海水入侵除了地下水中Cl－含量增減外，還與礦化度關(guān)系極為密切[8，9]。海水入侵地段，這2類離子含量均出現(xiàn)同步增加。根據(jù)目前掌握的資料，現(xiàn)把Cl－含量作為海水入侵的標(biāo)準(zhǔn)，將Cl－質(zhì)量濃度＞250mg／L的區(qū)域作為海水入侵區(qū)。

2.1 海水入侵的演化過程

大魏家水源地建于1968年，1970年開始以（1.2～2.4）×104m3／d的供水量通往大連。多年來隨著開采時(shí)間的延續(xù)，水質(zhì)發(fā)生了很大的變化，Cl－含量在逐年增加。根據(jù)具有代表性的8眼井多年水質(zhì)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，1966年枯水期Cl－質(zhì)量濃度平均為198.8mg／L，（天然狀態(tài)下）到1969年（受季節(jié)性開采影響），Cl－質(zhì)量濃度平均為379.5mg／L，年遞增60.2mg／L。1970年到1982年連續(xù)開采13年間，平均Cl－質(zhì)量濃度增加到1136.8mg／L，年遞增58.3mg／L。1983年以后，由常年開采改為季節(jié)性開采，開采量減小了2／3，所以1983年（平均Cl－質(zhì)量濃度為940.1 mg／L）到1991年（平均 Cl－質(zhì)量濃度為559.4 mg／L）處于下降趨勢，年遞減47.6mg／L。1991年以后，由于連續(xù)幾年干旱，加上開采量的加大，使地下水的質(zhì)量繼續(xù)惡化，到1994年平均Cl－質(zhì)量濃度為940.1mg／L，年遞增124.3mg／L。由于到1994年海水入侵的加重，控制了開采量，因此Cl－的含量從1994年至1998年處于下降趨勢，平均年遞減121.2mg／L。1999年是歷史上的最枯年份之一，同時(shí)由于開采量加大，使1999年的Cl－質(zhì)量濃度年遞增151.75mg／L。從2000年至2004年Cl－含量處于增減變化狀態(tài)，到2004年平均Cl－質(zhì)量濃度為592.3mg／L，與上年相比遞增106.42mg／L，Cl－質(zhì)量濃度最高為1 639.0 mg／L，最低為172mg／L，入侵面積23.1km2，入侵距離3.5km。到2005年平均Cl－質(zhì)量濃度為454.13mg／L，與上年相比遞減138.17mg／L，最高Cl－質(zhì)量濃度為720mg／L，最低為174mg／L，入侵面積26.3km2，入侵距離5.7km（表1）。

圖2 大魏家長期觀測井動態(tài)曲線Fig.2 Dynamic curve of long－term observation well in Daweijia

2.2 海水入侵平面分布特征

由于海水入侵程度受多種因素控制，根據(jù)2004～2005年2年間的豐水期和枯水期Cl－等值線圖，將大魏家水源地海水入侵分為4類，分別為嚴(yán)重入侵、中度入侵、輕度入侵、無污染[10，11]，如表2所示。

由圖3、圖4可以看出，目前入侵最嚴(yán)重地段是后石灰窯，2004～2005年枯水期Cl－質(zhì)量濃度＞1 000mg／L的入侵面積約2.0km2，豐水期入侵面積分別為1.3km2和1.1km2；中度入侵區(qū)為稻香村—吳家屯—王家屯，枯水期入侵面積分別為11.4km2和9.7km2，豐水期入侵面積分別為12.8km2和10.7km2；輕度入侵區(qū)為蕎麥山附近海岸帶，枯水期入侵面積分別為14.8km2和20.4km2，豐水期入侵面積分別為32.1km2和16.0km2。該地區(qū)海水入侵的總體規(guī)律是，由于枯水期地下水開采量較大，導(dǎo)致海水入侵面積大于豐水期；而2005年入侵面積小于2004年。

2.3 海水入侵垂向分布特征

大魏家的海水入侵在垂向上的變化與喀斯特發(fā)育深度有直接關(guān)系[12]，該地段為一向斜蓄水構(gòu)造[13]，喀斯特裂隙十分發(fā)育，根據(jù)多個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，喀斯特最發(fā)育的深度＜70m，而深度＞70 m時(shí)喀斯特發(fā)育較差。Cl－含量在垂向上的變化呈楔狀[14]，深部入侵已達(dá)到遠(yuǎn)離海岸S20井，在20世紀(jì)90年代初，在井深＜75m，Cl－質(zhì)量濃度＞300mg／L；可是90年代后期，已經(jīng)完全改變了上述現(xiàn)象，由于海水入侵加重，S20井的Cl－含量迅速增加，咸水界面抬高[15]，并且咸水邊界繼續(xù)向東推進(jìn)，淡水含水層越來越小，富水地段幾乎被咸水占領(lǐng)[16]，基本無好水可采。因此，大魏家水源地近年已處于停采狀態(tài)，只有七頂山的一個(gè)井還在開采。

表1 大魏家地區(qū)多年海水入侵情況統(tǒng)計(jì)表Table1 The seawater intrusion for many years in the Daweijia region

表2 海水入侵等級劃分及量化指標(biāo)Table2 Hierarchies and quantitative standards of seawater intrusion

圖3 2004年枯水期、豐水期地下水Cl－等值線圖Fig.3 The groundwater chlorion contour map of low－water season and plenty water season in 2004

圖4 2005年枯水期、豐水期地下水Cl－等值線圖Fig.4 The groundwater chlorion contour map of low－water season and plenty water season in 2005

3 結(jié)論

大魏家喀斯特水源地的海水入侵比較復(fù)雜，本文通過該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、喀斯特發(fā)育規(guī)律和地下水動態(tài)變化，結(jié)合Cl－含量，分析海水入侵的現(xiàn)狀得到如下結(jié)論：

a.區(qū)內(nèi)地下水類型主要為喀斯特裂隙水，受地層巖性、地貌和地質(zhì)構(gòu)造影響，濱海喀斯特裂隙發(fā)育強(qiáng)，地下水富水性高。由于過量開采，引起海水入侵。

b.由于大魏家斷層和田家房身斷層切割巖體的作用，加劇了裂隙和喀斯特的發(fā)育程度，成為地下水滲入和運(yùn)移的主要通道，影響著地下喀斯特的發(fā)育。

c.枯水期較豐水期海水入侵嚴(yán)重。通過控制地下水開采量，近年來水源地內(nèi)地下水的質(zhì)量已經(jīng)出現(xiàn)逐年恢復(fù)跡象。

d.為預(yù)防海水入侵，應(yīng)建立大魏家喀斯特地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，預(yù)測海水入侵發(fā)展趨勢。當(dāng)海水入侵呈前進(jìn)態(tài)勢時(shí)，應(yīng)立即采取相關(guān)措施遏制其發(fā)展。

e.對海水入侵問題的治理，急需對重點(diǎn)地段建立地下喀斯特水庫，使海水輸運(yùn)通道不通暢，并節(jié)約有限的地下水資源。

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