南通地區(qū)地下水咸化機(jī)理分析及改良措施

周慧芳,譚紅兵,高 將,張文杰

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州 221116; 2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210098)

?

南通地區(qū)地下水咸化機(jī)理分析及改良措施

周慧芳1,譚紅兵2,高 將1,張文杰2

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州 221116; 2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210098)

為了給南通地區(qū)地下水的合理開發(fā)和利用提供理論依據(jù)，利用各種水化學(xué)系數(shù)和變化圖示對研究區(qū)內(nèi)深層和淺層地下水的咸化機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)深層地下水中、西部水化學(xué)演化以正常的水-巖作用為主,東部沿海特別是寅陽鎮(zhèn)一帶深層地下水則主要因淋濾古海相地層鹽分而使TDS增高；遠(yuǎn)離海邊的大部分地區(qū)淺層地下水TDS增高主要與溶解地層鹽分和蒸發(fā)作用有關(guān),沿海地帶尤其是東南角寅陽鎮(zhèn)、海晏鎮(zhèn)一帶淺層地下水由于受到一定程度的現(xiàn)代海水入侵影響,其TDS顯著增高。針對該區(qū)域地下水水化學(xué)變化特征,提出地下水系統(tǒng)改良措施:合理開發(fā)利用高TDS地下水可增加區(qū)域水資源量，增強(qiáng)調(diào)蓄能力,減輕對深層淡水資源的潛在威脅;逐漸增大地下咸水的開采量,從長遠(yuǎn)意義上逐步改良鹽堿地,以利于水土資源利用及生態(tài)環(huán)境改善。

地下水；咸化機(jī)理;水化學(xué)系數(shù);地下水改良;南通地區(qū)

2009年6月10日國務(wù)院通過了規(guī)劃期為2009—2020年的《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,確定江蘇沿海大開發(fā)作為國家發(fā)展戰(zhàn)略,“海上蘇東”工程的實(shí)施將使南通地區(qū)得到更快的發(fā)展。2011年、2012年、2013年中央一號文件都極其強(qiáng)調(diào)水土資源短缺問題及用水安全,特別是2014年中央一號文件提出,建立農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展長效機(jī)制,加大生態(tài)保護(hù)建設(shè)力度,生態(tài)保護(hù)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、水環(huán)境污染與水資源短缺都是需重點(diǎn)研究解決的民生問題。由此可見,國家對水資源的高度重視。在此背景下,值得注意的是,南通地區(qū)地下水也已形成區(qū)域降落漏斗,特別是近數(shù)十年來深層地下水出現(xiàn)的咸化趨勢更引起各方面的高度關(guān)注[1-3]。在江蘇沿海大開發(fā)正如火如荼進(jìn)行的背景下,一個突出的問題就不得不先于經(jīng)濟(jì)大規(guī)模開發(fā)之前開展基礎(chǔ)研究。一旦地下水被不合理開發(fā),會引起海水入侵加劇或上層咸水入滲深層地下水的災(zāi)害,這種災(zāi)害一旦發(fā)生,會進(jìn)一步造成地面沉降、地下水漏斗擴(kuò)大,且災(zāi)害影響區(qū)域大,很難治理。這在山東半島、萊州灣和渤海灣已有沉痛的歷史教訓(xùn)[4-6],因此,進(jìn)一步了解南通地區(qū)地下水的咸化機(jī)制,促進(jìn)對該區(qū)的地下微咸水、咸水的改良利用,具有非同尋常的現(xiàn)實(shí)意義。對于已經(jīng)出現(xiàn)咸化的地下水,如果無法進(jìn)行有效利用,對自然界水資源將造成嚴(yán)重浪費(fèi)。近年來盡管地下水的水質(zhì)問題受到了較大關(guān)注,但前人針對南通地區(qū)地下水咸化原因的研究得出的結(jié)論難以一致,且對于如何有效利用微咸水、咸水的專門研究并不多。因此筆者重點(diǎn)利用各種水化學(xué)系數(shù)和變化圖示對南通地區(qū)地下水咸化原因作進(jìn)一步研究分析,并提出了有效利用地下咸水的相關(guān)建議,旨在深入探究該區(qū)地下水咸化成因機(jī)制,從而為地下水資源的合理開發(fā)和保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南通地區(qū)位于江蘇省東南部,東臨黃海,南靠長江,人稱“黃金海岸”,其地理位置十分優(yōu)越。該區(qū)是我國發(fā)展綜合運(yùn)輸?shù)难睾Ｖ鳂屑~港和外貿(mào)運(yùn)輸?shù)闹匾诎?已入全國十大港口之列。區(qū)內(nèi)輕紡、化工、電子工業(yè)和建筑業(yè)都比較發(fā)達(dá),是我國重要的江海港口、工業(yè)城市,也是江蘇沿海開發(fā)的重要基地、沿江旅游帶的重要組成部分。該區(qū)水資源短缺,水質(zhì)優(yōu)良的深層地下水是該區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。然而,在江蘇沿海地區(qū)深層地下水開發(fā)利用過程中,開采布局不合理已導(dǎo)致如下環(huán)境地質(zhì)問題[1-2,7-8]:①區(qū)域性降落漏斗。至2002年整個江蘇沿海地區(qū)的水位降落漏斗面積已達(dá)7 500 km2。②水資源枯竭。由于區(qū)域降落漏斗的形成,導(dǎo)致單井出水量普遍減少,十幾年來南通市大約有30%以上的水井出水量出現(xiàn)嚴(yán)重衰減,致使將近1/4的水井因地下水位下降產(chǎn)生吊泵或報廢。③水質(zhì)咸化。沿海地區(qū)淺層地下水為TDS普遍大于3 g/L的半咸水、咸水;深層水雖以淡水為主,但由于大規(guī)模開采,上下含水層和深層咸淡水之間的天然平衡遭到破壞,從而引起上部咸水體越流補(bǔ)給和海域咸水體西移,使主采層地下淡水逐漸咸化。④地面沉降。2003年地質(zhì)監(jiān)測成果表明,沿海地區(qū)地面沉降已從城區(qū)向區(qū)域發(fā)展,并且具有沉降范圍廣、發(fā)展迅速、與深層水水位降落漏斗相一致、危害性大、沉降速率與深層水開采量密切相關(guān)等特點(diǎn)[9]。

近幾年自限制或禁止開采深層地下水以來,深層地下水水位有所回升,淺層咸水下滲問題得到了很好的抑制,但東部沿海TDS增高的地下水仍需大力加強(qiáng)保護(hù),特別是在全球變暖、黃海海平面上升的總趨勢下,東南角寅陽鎮(zhèn)、海晏鎮(zhèn)一帶淺層地下水因現(xiàn)代海水入侵TDS顯著增高的區(qū)域更應(yīng)該引起高度重視[3]。

2 樣品采集與處理

分析所用數(shù)據(jù)為2009年、2010年對南通地區(qū)中東部沿海一帶的深層和淺層地下水進(jìn)行野外調(diào)查取樣及分析測試獲得的數(shù)據(jù),樣品采集地點(diǎn)見圖1。本文中所用TDS數(shù)據(jù)于第一時間內(nèi)由HI2300臺式微電腦EC/TDS/NaCl/℃測定儀測定;Na+、Ca2+、Mg2+采用ICP等離子體發(fā)射光譜儀測定(誤差小于5.0%);C1-采用ICS—2000離子色譜儀測定(誤差優(yōu)于2.0%)。各離子測定均在河海大學(xué)水文水資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

測出的樣品TDS值及計(jì)算的水化學(xué)系數(shù)見表1。

3 利用水化學(xué)系數(shù)組合圖分析地下水咸化機(jī)理

3.1 ρ(Cl-)與ρ(Cl-)/ρ(TDS) 組合分析

Cl-是地下水中最穩(wěn)定的離子,既不被植物和細(xì)菌吸收,也不被土粒表面吸附。Cl-主要存在于氯鹽及海水中,而氯鹽的溶解度很大,在蒸發(fā)的早期又不易沉淀析出,因此可以作為參照標(biāo)準(zhǔn)來分析其與其他離子的關(guān)系。一般地,若地下水中存在非氯鹽的溶解或受到蒸發(fā)作用,地下水中的TDS將升高,相反,ρ(Cl-)/ρ(TDS)將不變或者減小。然而由圖2所示的趨勢線可以看出,區(qū)內(nèi)淺層和深層地下水的ρ(Cl-)/ρ(TDS)比值隨著TDS的增大而增大,說明研究區(qū)地下水ρ(Cl-)/ρ(TDS)比值的增大是由于受到氯鹽溶解或者現(xiàn)代海水入侵導(dǎo)致Cl-濃度增高所致。尤其是D1(寅陽鎮(zhèn))、D2(東海鎮(zhèn))、S1(寅陽鎮(zhèn))、S2(向陽鎮(zhèn))和S8(海晏鎮(zhèn))幾個區(qū)域,無論是淺層水還是深層地下水,其樣品點(diǎn)分布在圖2中均位于趨勢線的右上端,即TDS值較其他地區(qū)明顯增大,同時ρ(Cl-)/ρ(TDS)比值亦相應(yīng)增大,這幾個樣品點(diǎn)多集中在東南角沿海一帶和海晏鎮(zhèn),正說明該部分區(qū)域地下水礦化度的增高與以氯鹽為主的古海相地層鹽分淋濾或者受到現(xiàn)代海水入侵影響有關(guān)。

圖1 樣品采集地點(diǎn)示意圖

表1 測試數(shù)據(jù)及計(jì)算水化學(xué)系數(shù)

序號采樣點(diǎn)水樣類型ρ(TDS)/(mg·L-1)ρ(Cl-)/(g·L-1)ρ(Cl-)/ρ(TDS)ρ(Na+)/(g·L-1)γ(Na+)/γ(Cl-)①γ(Mg)/γ(Ca)D1寅陽鎮(zhèn)深層承壓水20841 0060 480 49740 761 01D2東海鎮(zhèn)深層承壓水16220 7330 450 43660 910 93D3向陽鎮(zhèn)深層承壓水5770 0790 140 18503 610 88D4東元鎮(zhèn)深層承壓水9100 2860 310 26071 400 78D5東灶港鎮(zhèn)深層承壓水7500 1770 240 22561 960 78D6悅來鎮(zhèn)深層承壓水7130 2230 310 11610 800 74D7三余鎮(zhèn)深層承壓水6840 1500 220 09030 920 73D8天補(bǔ)鎮(zhèn)深層承壓水7570 0760 100 07371 490 78D9石港鎮(zhèn)深層承壓水10060 3380 340 16600 750 78D10如皋市深層承壓水4790 0320 070 10224 890 78S1寅陽鎮(zhèn)淺層水22981 0430 450 68661 012 16S2向陽鎮(zhèn)淺層水25971 1160 430 87381 203 55S3正海鎮(zhèn)淺層水10000 1560 160 26142 582 33S4海復(fù)鎮(zhèn)淺層水6720 0590 090 10372 691 69S5呂四港鎮(zhèn)淺層水12780 3390 270 35361 601 47S6劉浩鎮(zhèn)淺層水7790 1200 150 14231 811 06S7東灶港鎮(zhèn)淺層水12550 2340 190 38422 521 86S8海晏鎮(zhèn)淺層水95444 7700 153 07500 993 80S9海晏鎮(zhèn)淺層水11670 1750 180 29242 562 23S10王浩鎮(zhèn)淺層水11550 2120 120 14381 041 14S11悅來鎮(zhèn)淺層水6610 0800 110 06641 270 79S12丁店淺層水5290 0590 170 07451 930 89S13掘港鎮(zhèn)淺層水10620 1830 100 19051 600 97S14天補(bǔ)鎮(zhèn)淺層水4830 0470 280 09443 100 64S15洋口鎮(zhèn)瓦橋村淺層水18510 5110 180 63941 924 54S16豐利鎮(zhèn)玉窯村淺層水11270 2070 210 15911 181 06S17豐利鎮(zhèn)玉窯村淺層水9440 2000 210 15931 221 36S18豐利鎮(zhèn)家廟橋村淺層水13570 2840 120 25121 361 70S19馬塘鎮(zhèn)淺層水9400 1140 130 08361 130 95S20石港鎮(zhèn)淺層水9300 1220 120 06510 820 74T13岔河鎮(zhèn)金河村淺層水10480 1250 480 13421 651 28S22南通市淺層水6940 1060 150 06690 971 31S23南通市劉橋鄉(xiāng)淺層水7160 0970 140 09521 501 36S24南通市陳橋鄉(xiāng)淺層水8730 1460 170 10461 100 74S25雙甸鎮(zhèn)淺層水6290 0590 090 04511 180 42S26雪岸鎮(zhèn)淺層水7790 1450 190 08930 950 85S27磨頭鎮(zhèn)淺層水6030 0330 060 05832 680 43S28吳窯鎮(zhèn)淺層水3300 0270 080 01871 050 55HHS②黃海水3093017 5300 579 89000 875 22Y61南通市雨水270 0030 120 00231 110 47Y71啟東市雨水300 0060 200 00421 060 41Y8啟東市雨水110 0010 100 00060 900 27Y9啟東市雨水120 0000 040 00020 840 22

注:①為Na+、Cl-的濃度比值，其余類同；②為引用黃海水?dāng)?shù)據(jù)[10]。

圖2 ρ(TDS)與ρ(Cl-)/ρ(TDS)組合分布

3.2 利用Na-Cl分布趨勢圖分析

由大氣降水、海水、淺層地下水和深層地下水中的Na+、Cl-濃度繪出的Na-Cl分布趨勢線如圖3所示。

圖3 Na-Cl分布趨勢

從圖3可見,研究區(qū)內(nèi)的大氣降水樣品和海水樣品在圖中剛好位于右上角和左下角兩個端元,僅由這兩種水樣品的Na+、Cl-離子數(shù)值繪出的趨勢線為研究區(qū)內(nèi)的海水混合線。越靠近趨勢線左下角,說明水中的Na+、Cl-濃度越低,含鹽量越小,越接近天然的大氣降水;反之,則Na+、Cl-濃度越高,含鹽量越大,越接近海水成分或巖鹽淋濾水。因此,該區(qū)的地下水樣品點(diǎn)分布越靠近右上角海水端元,說明其水質(zhì)成因可能與海水聯(lián)系越密切;相反,越靠近左下角大氣降水端元,則表示水質(zhì)成因來源于大氣降水的可能性越大。

由淺層和深層地下水、海水中的ρ(Cl-)和γ(Na+)/γ(Cl-)比值繪出的分布圖如圖4所示。

圖4 ρ(Cl-)-γ(Na+)/γ(Cl-)比值分布

很明顯,研究區(qū)東南角出現(xiàn)明顯咸化情況的寅陽鎮(zhèn)(S1)、向陽鎮(zhèn)(S2)、海晏鎮(zhèn)(S8)淺層地下水和寅陽鎮(zhèn)(D1)、東海鎮(zhèn)(D2)深層地下水樣品點(diǎn)在圖3中均靠近或在海水混合線上,且靠近右上角海水成因的一極,而在圖4中均分部在圖形右下方,即隨著Cl-質(zhì)量濃度的不斷增高(寅陽鎮(zhèn)高達(dá)1.04 g/L、向陽鎮(zhèn)高達(dá)1.12 g/L),γ(Na+)/γ(Cl-)比值則不斷降低。在自然界地下水化學(xué)演化過程中,海水入侵和淋濾地層鹽分都可引起Na+、Cl-濃度增高,但若地下水與海水混合,則γ(Na+)/γ(Cl-)比值接近0.87;如果淋濾地層鹽分則接近1;而如果γ(Na+)/γ(Cl-)遠(yuǎn)大于1則表明水-巖作用促使水中Ca2+與巖石或地層吸附的Na+交換,導(dǎo)致水中Na+濃度與Cl-不協(xié)調(diào)增大而出現(xiàn)很高的γ(Na+)/γ(Cl-)比值。這些區(qū)域除海晏鎮(zhèn)以外,均位于研究區(qū)東南角沿海一帶,急劇增多的Cl-很明顯是由海水入滲帶來,并且該部分地下水樣品的γ(Na+)/γ(Cl-)比值均接近于標(biāo)準(zhǔn)海水(0.87),正進(jìn)一步印證南通地區(qū)東南部寅陽鎮(zhèn)、海晏鎮(zhèn)一帶地下水受到一定程度的現(xiàn)代海水入侵影響。

從圖4可見,采取的地下水樣品點(diǎn)大部分分布在中部,該部分區(qū)域淺層和深層地下水γ(Na+)/γ(Cl-)幾乎均接近于1.0,說明地下水主要由當(dāng)?shù)亟邓?jīng)過蒸發(fā)濃縮及含巖鹽地層溶濾作用等過程形成。磨頭鎮(zhèn)(S27)、吳窯鎮(zhèn)(S28)淺層地下水樣品點(diǎn)和如皋市深層地下水樣品點(diǎn)均集中在圖4的中部,該部分地區(qū)都位于研究區(qū)西北部,Cl-含量較低,說明其水質(zhì)較好。如皋市深層地下水樣品點(diǎn)(D10)較為特殊,Cl-質(zhì)量濃度僅為32.05 mg/L,但其γ(Na+)/γ(Cl-)比值則高達(dá)4.89,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)及海水的γ(Na+)/γ(Cl-)比值(0.87),且深層地下水的Na-Cl濃度落在圖3中遠(yuǎn)離海水混合線且靠近大氣降水成因的一端。一般而言,各類巖石中都含有較高的Na+,但硅酸鹽類巖石中不含Cl-或Cl-濃度很低,淋濾硅酸鹽作用則可使地下水Na+濃度增大,γ(Na+)/γ(Cl-)比值明顯升高。由此可見,如皋地區(qū)深層地下水的水化學(xué)特征主要是由淋濾地層中的硅酸鹽巖所致,即一般地下水演化過程中的水-巖作用類型。

3.3 利用ρ(Cl-)與γ(Mg)/γ(Ca)比值分析

由所收集的各種水樣品的Cl-濃度和γ(Mg)/γ(Ca)比值繪出的分布圖如圖5所示。一般情況下,自然界水體中的Mg2+主要來自外界物質(zhì)風(fēng)化作用遷移帶入,且Mg2+往往是在Ca2+與CO32-結(jié)合形成沉淀之后才有少量沉淀成巖,因此Mg2+在水中的存在狀態(tài)比較穩(wěn)定,一般變化不大?；鸪蓭r地區(qū)溶濾成因地下水中γ(Mg)/γ(Ca)較大,而河湖相碳酸鹽沉積的溶濾往往使得γ(Mg)/γ(Ca)接近于1.0,標(biāo)準(zhǔn)海水γ(Mg)/γ(Ca)系數(shù)的平均值為5.5。圖5顯示地下水樣品點(diǎn)和雨水樣品點(diǎn)分布明顯集中于圖5中的4個區(qū)域。區(qū)域I 代表自然條件下的當(dāng)?shù)亟邓?由降雨形成的地下淡水經(jīng)過蒸發(fā)作用和水巖交換逐漸演化為區(qū)域Ⅱ中的水體；區(qū)域Ⅱ中的水體為中部和西北部遠(yuǎn)海地帶的淺層和深層地下水,其γ(Mg)/γ(Ca)位于1.0附近,其地層溶濾巖石可能為或更接近白云石；區(qū)域IV主要為黃海水和河口水,海晏鎮(zhèn)樣品也分布于內(nèi)；區(qū)域Ⅲ則是受到海水影響的東部及東南角沿海地區(qū)的淺層和深層地下水。Ⅲ、Ⅳ區(qū)域內(nèi)明顯為咸化水體:沿海淺層地下水具有較高的γ(Mg)/γ(Ca)系數(shù),Mg2+相對于Ca2+較為富集,接近于海水中γ(Mg)/γ(Ca)比值,深層地下水體γ(Mg)/γ(Ca)位于1.0左右,與地層溶濾有關(guān),這說明東南沿海淺層地下水咸化的主導(dǎo)原因是海水與由降水演化而來的地下淡水的混合,而該區(qū)深層地下水則主要受控于地層溶濾作用。

圖5 γ(Cl-)-γ(Mg)/γ(Ca)比值分布

圖5直觀地反映了南通地區(qū)地下水的演化過程,即當(dāng)?shù)卮髿饨邓鸩窖葑優(yōu)樗|(zhì)較好的地下淡水,隨著與周圍環(huán)境的進(jìn)一步長期作用,中西部地區(qū)淺層和深層地下水經(jīng)歷蒸發(fā)濃縮和水-巖作用后,逐漸演化為γ(Mg)/γ(Ca)趨向于1.0的水體,而東南部沿海地區(qū),淺層地下水及部分深層地下水與海水相混合,成為海水入侵主導(dǎo)形成的地下咸水。

4 地下淡水保護(hù)及高TDS地下水改良措施

4.1 繼續(xù)加強(qiáng)地下淡水開采保護(hù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民用水量的增加,單一依靠地下淡水資源不僅滿足不了諸多需求,而且易造成地下水位下降,使地下含水層供水能力降低,形成區(qū)域性缺水等問題[11-12]。因此,政府部門需要進(jìn)一步科學(xué)規(guī)劃開采井點(diǎn)布局,嚴(yán)格控制地下水的開采強(qiáng)度和開采量,合理調(diào)整開采層次,按需分質(zhì)取水,提高鑿井質(zhì)量;對于水質(zhì)要求較高的百姓生活用水,可開采深層承壓水;而對水質(zhì)要求較低的工農(nóng)業(yè)用水,則以開采淺層水為主,有條件使用地表水的地區(qū)應(yīng)盡量使用地表水。同時,需要進(jìn)一步加大對當(dāng)?shù)厮Y源的統(tǒng)一調(diào)度管理力度,積極推進(jìn)跨流域調(diào)水,有效利用區(qū)內(nèi)外地表水資源。

針對沿海地區(qū)海水入侵的問題,總的措施是使沿海地區(qū)地下水位高于海平面,這就需要因地制宜,增加地下淡水儲備,減少地下水開采量,有效利用地下水資源。結(jié)合各地治理海水入侵的成功案例,南通地區(qū)可以結(jié)合各地具體情況從以下措施中選取:

a.攔蓄補(bǔ)源。應(yīng)引起政府部門注意的是,現(xiàn)有的水利攔蓄工程大多已老化,配套程度較低,導(dǎo)致豐水期大量的雨洪資源未能得到充分地?cái)r蓄和滯留利用,以至于淡水資源白白流失,因此應(yīng)對該區(qū)的大中型水利工程進(jìn)行統(tǒng)一檢測和改進(jìn)。在降雨量集中、河流短且湍急以及丘陵地區(qū),淡水極易流失入海,可以沿海岸修建梯級閘進(jìn)行蓄水,利用地下含水層修建地下水庫,有效利用滲水溝渠、滲水井加速地表淡水的入滲。

b.向地下含水層人工回灌淡水,加速已經(jīng)咸化的地下水的淡化過程。研究區(qū)具有依傍長江的天然優(yōu)勢,可以科學(xué)利用長江水進(jìn)行人工回灌,并嘗試灌排結(jié)合,以使水質(zhì)逐步改良。

c.建造淡水“屏障”或進(jìn)行抽水截流。該法主要適用于海水入侵通道比較狹窄的地區(qū),如被斷裂帶穿過的特殊構(gòu)造區(qū)域海晏鎮(zhèn)。

d.修筑擋水壩,既能有效防止海水入侵,又可形成地下水庫增加淡水存儲量。

e.已出現(xiàn)海水入侵趨勢的地區(qū),如南通東南沿海,應(yīng)最大限度地限制地下淡水開采量,定期停采或輪采,縮短水位恢復(fù)過程,減輕海水入侵程度。

另外應(yīng)尤為注意的是,近兩年南通沿海地區(qū)正在實(shí)施圍填海的沿海大開發(fā)工程,這就要求在實(shí)施大型涉海工程時,應(yīng)充分考慮海平面上升因素,綜合評價海平面上升對海洋動力、生態(tài)環(huán)境和海洋災(zāi)害的影響;在建設(shè)海洋防御設(shè)施時,應(yīng)因地制宜合理選址,充分利用濱海地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的防護(hù)功能,做到堤防與生態(tài)相結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)沿海地區(qū)的和諧發(fā)展。

4.2 促進(jìn)地下微咸水或咸水的科學(xué)合理利用

近年來,南通沿海地區(qū)大開發(fā)正在規(guī)劃或已實(shí)施。如何高效、正確利用圍填海土地資源以及近海灘涂微咸水、咸水資源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展之前首先要考慮的問題。隨著圍填海項(xiàng)目的實(shí)施,從城郊至圍填海界限即黃海海邊一帶將會給南通地區(qū)帶來前所未有的發(fā)展空間。水資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先決條件,但沿海一帶由于現(xiàn)代海水影響,地下淡水資源嚴(yán)重匱乏,取而代之是豐富的地下微咸水、咸水,因此,要緩解地下淡水資源缺乏問題,就需要各行各業(yè)加強(qiáng)配合,科學(xué)合理地利用沿海地帶地下微咸水和咸水資源,使其“變廢為寶”,對此,借鑒國外咸水的開發(fā)利用實(shí)例以及國內(nèi)鹽城、萊州灣等沿海開發(fā)的成功案例[11-19],在南通沿海地區(qū)的空間區(qū)域上,就不同區(qū)域條件采取措施促進(jìn)咸水利用和地下水質(zhì)不斷改善:

a.灘涂開發(fā)地帶鹽土農(nóng)業(yè)區(qū)。該區(qū)域受海水影響較大,主要為鹽漬土等,適于發(fā)展鹽土農(nóng)業(yè)。借鑒鹽城鹽土農(nóng)業(yè)發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn),可積極發(fā)展耐鹽糧油作物(油菜等)、耐鹽蔬菜(海水芹菜等)、耐鹽香料(薄荷等)以及耐鹽飼草等,做到直接利用鹽土或利用與改良鹽土并舉,并實(shí)行連片規(guī)模種植,以方便利用咸水、海水進(jìn)行灌溉。

b.沿海灘涂地帶。主要指海堤以外的潮間帶和近海區(qū)域,該區(qū)域土壤類型主要為草甸鹽土和沼澤鹽土,土壤鹽分含量高,可種植耐鹽植物,如在新圍灘地和潮上帶高潮灘大面積推廣種植檉柳等高耐鹽樹種；也可以基于耐鹽牧草發(fā)展沿海灘涂畜牧業(yè),利用豐富的近海海水資源發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),進(jìn)行海水蔬菜種植、海產(chǎn)品養(yǎng)殖。這樣既可以做到因地制宜充分利用近海沿海地帶的海咸水資源獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益,又可以在陸地和近海之間形成一道防止海水入侵的屏障,對沿海地區(qū)的地下水資源起到一定的保護(hù)作用。

c.灘涂濕地區(qū)域。借鑒國外的成功經(jīng)驗(yàn),堅(jiān)持環(huán)保為先的原則,注重當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù),重點(diǎn)建設(shè)啟東長江口北支濕地省級自然保護(hù)區(qū)。在海堤及灘涂地區(qū)積極推進(jìn)生態(tài)林、觀賞林和經(jīng)濟(jì)林帶建設(shè),形成完整的沿海防護(hù)林體系,從而形成一道沿海自然生態(tài)的保護(hù)屏障。同時,可以依托海門蠣蚜山、啟東圓陀角和如東黃海旅游度假區(qū)等旅游資源,積極引進(jìn)和發(fā)展濱海度假休閑產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)灘涂資源開發(fā)和沿海生態(tài)保護(hù)并重,促進(jìn)沿海灘涂經(jīng)濟(jì)、資源生態(tài)與社會效益多贏。

d.針對南通地區(qū)不同類型工、農(nóng)、企業(yè)所需水資源特點(diǎn),配置一定量的不同TDS地下水資源以滿足不同功能的需水要求;同時通過一定比例關(guān)系、不同季節(jié)、不同TDS地下水開發(fā)利用和其他淡水資源的定期定量補(bǔ)給、稀釋和淋洗鹽分,達(dá)到逐步降低地下水TDS和地層鹽分的目的,構(gòu)建人為干預(yù)下的良性地下水循環(huán)系統(tǒng)。

5 結(jié) 論

a.研究區(qū)內(nèi)深層地下水,中、西部地下水水化學(xué)演化以正常的水-巖作用為主,東部沿海特別是寅陽鎮(zhèn)一帶深層地下水則主要因淋濾古海相地層鹽分而使TDS增高。遠(yuǎn)離海邊的大部分地區(qū)淺層地下水TDS增高主要與溶解地層鹽分和蒸發(fā)作用有關(guān),沿海地帶尤其是東南角寅陽鎮(zhèn)、海晏鎮(zhèn)一帶淺層地下水由于受到一定程度的現(xiàn)代海水入侵影響,其TDS顯著增高。

b.合理開發(fā)利用高TDS地下水可增加區(qū)域水資源量，增強(qiáng)調(diào)蓄能力,減輕對深層淡水資源的潛在威脅;地下咸水的開采量逐漸增大,從長遠(yuǎn)意義而言還可以逐步改良鹽堿地,對水土資源利用及生態(tài)環(huán)境改善有積極的意義。

[1] 單衛(wèi)華.江蘇南通市地下水主采層水位動態(tài)區(qū)域演變特征[J].江蘇地質(zhì),2007,31(3),276-280.(SHAN Weihua.Regional evolution properties of dynamic water level in main extraction sequences in Nantong, Jiangsu [J].Jiangsu Geol, 2007, 31(3): 276-280.(in Chinese))

[2] 徐玉琳.江蘇省南通市深層含水系統(tǒng)地下水水質(zhì)咸化特征及成因分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2002,13(2):45-49.(XU Yulin.The salted properties and its origin for deep aquifer system in Nantong City [J].Chinese Journal of Geological Hazard Control, 2002, 13(2): 45-49.(in Chinese))

[3] 周慧芳,譚紅兵,張西營,等.江蘇南通地下水補(bǔ)給源、水化學(xué)特征及形成機(jī)理[J].地球化學(xué),2011,40(6):566-576.(ZHOU Huifang, TAN Hongbing, ZHANG Xiying, et al.Recharge source, hydrochemical characteristics and formation mechanism of groundwater in Nantong, Jiangsu Province[J].Geochimica,2011,40(6):566-576.(in Chinese))

[4] 張永祥,薛禹群,陳鴻漢.萊州灣南岸濰坊地區(qū)咸-鹵水入侵及其地下水化學(xué)特征[J].地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報,1997,22(1):94-98.(ZHANG Yongxiang, XUE Yuqun, CHEN Honghan.Salt-brine water intrusion and ITS chemical characteristics in Weifang area of southern coast of Laizhou Bay[J].Earth Science-Journal of China University of Geoscience, 1997,22(1):94-98.(in Chinese))

[5] 張祖陸,彭利民.萊州灣東、南沿岸海(咸)水入侵的地下水水化學(xué)特征[J].中國環(huán)境科學(xué),1998,18(2):121-125.(ZHANG Zulu,PENG Limin.The underground water hydrochemical characteristics on sea water intruded in eastern and southern coasts of Laizhou Bay[J].China Environment Science,1998,18(2):121-125.(in Chinese))

[6] 李福林,陳學(xué)群,張奇,等.萊州灣東岸海底地下水的水文地球化學(xué)特征及其地球化學(xué)演化模式[J].海洋科學(xué)進(jìn)展, 2005,23(2):190-195.(LI Fulin,CHEN Xuequn,ZHANG Qi,et al.Hydrogeochemical characteristics and geochemical evolution model of seabottom groundwater along the east coast of Laizhou Bay[J].Advances in Marine Science,2005,23(2):190-195.(in Chinese))

[7] 黃敬軍,陸華.江蘇沿海地區(qū)深層地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及環(huán)境地質(zhì)問題[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2004(6):64-68.(HUANG Jingjun, LU Hua.Aquifers and environmental geological problems in the coastal areas in Jiangsu Province [J].Hydrogeology Engineering Geology, 2004, 31(6): 64-68.(in Chinese))

[8] 田立,錢宇紅.南通市地下水開采現(xiàn)狀及開發(fā)利用研究[J].地下水, 2008,30(3):66-68.(TIAN Li,QIAN Yuhong.Exploitation situation and the utilization research of groundwater in Nantong[J].Ground Water, 2008,30(3):66-68.(in Chinese))

[9] FRENGSTAD B.The pH-dependence of element concentration in crystalline bedrock groundwater [J].The Science of the Total Environment,2001,277(1/3):101-117.

[10] GALEATI G, GAMBOLATI G, NEUMAN S P.Coupled and partially coupled Eulerian Lagrangian model of freshwater-saltwater mixing[J].Water Resources Research,1992,28(1):149-165.

[11] 張遠(yuǎn)東.地下水開采總量控制問題與對策探討[J].中國水利,2012(1):39-41.(Zhang Yuandong.Control of total groundwater excavation and measures[J].Water Resources Management,2012(1):39-41.(in Chinese))

[12] 李佩成.貫徹中央一號文件精神,強(qiáng)化地下水管理與科學(xué)研究[J].地下水, 2011,33(5):1-4.(LI Peicheng.To implement the central file number one spirit·To strengthen groundwaterr management and scientific research[J].Ground Water, 2011,33(5):1-4.(in Chinese))

[13] 周曉妮.華北平原東部典型區(qū)淺層地下水化學(xué)特征及可利用性研究[D].中國地質(zhì)科學(xué)院,2008,12-13.

[14] ORON G，DeMALACH Y，GILLERMAN L,et al.Effect of water salinity and irrigation and technology on yield and quality of pears[J].Biosystems Engineering,2002,81(2):237-247.

[15] VULKAN-LEVY R，RAVINA I，MANTELL A,et al.Effect of water supply and salinity on pima cotton[J].Agricultural Water Management,1998,37:121-132.

[16] TEDESCH A，BELTRAN A，ARAGUES R.Irrigation managementand hydrosalinity balance in a semi-arid area of the middle Ebro river basin(Spain)[J].Agricultural Water Management,2001,49:31-50.

[17] 王全九,徐益敏,王進(jìn)東,等.咸水與微咸水在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用[J].灌溉用水,2002(12):156-158.(WANG Quanjiu, XU Yimin, WANG Jindong, et al.Application of saline and slight saline water for farmland irrigation[J].Irrigation and Drainage,2002(12):156-158.(in Chinese))

[18] 張正東.中國農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)體系及其展望[J].節(jié)水灌溉,2000,21(1):41-44.(ZHANG Zhengdong.Technical system of high-effective water-saving of Chinese agriculture and its prospects[J].Water Saving Irrigation,2000,21(1):41-44.(in Chinese))

[19] 郭永杰,崔云玲,呂曉東,等.國內(nèi)外微咸水利用現(xiàn)狀及利用途徑[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2003(8):3-5.(GUO Yongjie,CUI Yunling,LV Xiaodong,et al.Brackish water utilization and the utilization way at home and abroad[J].Gansu Agricultural Science and Technology,2003(8):3-5.(in Chinese))

·簡訊·

中國水利學(xué)會2015學(xué)術(shù)年會將于2015年10月下旬在南京召開

由中國水利學(xué)會主辦,河海大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院、江蘇省水利學(xué)會承辦的中國水利學(xué)會2015學(xué)術(shù)年會將于2015年10月26—28日在南京召開。本次年會主題為水安全與水科技，擬邀請有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)作主旨報告，邀請水利部、中國科學(xué)院、中國工程院等有關(guān)方面的知名專家、院士圍繞防洪安全、供水安全以及水與糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全等方面作大會特邀報告。

年會擬設(shè)中國原水論壇、跨流域調(diào)水、地下水、疏浚與淤泥處理利用4個分會場及1個國際分會場，主要圍繞飲用水安全、跨流域調(diào)水、地下水資源安全、河湖水環(huán)境治理、變化環(huán)境下的水科學(xué)與水安全等方面開展學(xué)術(shù)研討。年會將正式出版論文集。

(本刊編輯部供稿)

Analysis of salinization mechanism of groundwater in Nantong area and its improvement measures

ZHOU Huifang1,TAN Hongbing2,GAO Jiang1,ZHANG Wenjie2

(1.CollegeofConstructionManagement,JiangsuJianzhuInstitute,Xuzhou221116,China;2.SchoolofEarthScienceandEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

In order to find out the salinization mechanism of shallow and deep groundwater in Nantong area, all sorts of hygro-chemical coefficients and variation diagrams were used to analyze the salinization mechanism of shallow and deep groundwater in the study area.The results show that, in the central and western parts of study area, the hydro-chemical evolution of deep groundwater is controlled by traditional water rock interaction, the increase of TDS in eastern coastal area, especially around the area of Yinyang Town, is the result of salt leaching from paleo marine strata.As for the shallow groundwater, the increase of TDS in the most areas far from the sea is mainly connected with the effects of dissolved salt and evaporation.Influenced at some degree by the modern seawater intrusion, the TDS in coastal area, especially in the Yinyang Town and Haiyan Town in the southeast corner, was significantly increased.According to these change characteristics of groundwater hydro-chemical in the study area, some measures of improving the groundwater system were put forward: develop and utilize high TDS groundwater reasonably to increase the amount of regional water resources and enhance the storage capacity, mitigating potential threats to deep fresh water resources; increase the exploitation amount of salt water gradually to improve saline and alkaline land step by step, having positive significance for soil and water resources utilization and ecological environment improvement in the long term.

groundwater; salinization mechanism;hydrochemical coefficient;groundwater improvement; Nantong area

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.04.013

國家自然科學(xué)基金(41271041)

周慧芳(1985—),女,碩士,講師,主要從事水文地球化學(xué)研究。E-mail:huifang_0110@163.com

X14

A

1004-6933(2015)04-0070-07

2014-11-06 編輯：徐 娟)