日照市沿海地區(qū)海水入侵現(xiàn)狀與防治對(duì)策分析研究

■陳冶宗守祥劉葆社

（吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 吉林長春130022；2遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院 遼寧錦州121000）

日照市沿海地區(qū)海水入侵現(xiàn)狀與防治對(duì)策分析研究

■陳冶1宗守祥2劉葆社2

（吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 吉林長春130022；2遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院 遼寧錦州121000）

本文介紹了日照市沿海區(qū)域海水入侵現(xiàn)狀、分布范圍、入侵方式，并對(duì)誘發(fā)原因進(jìn)行了分析研究；預(yù)測(cè)了海水入侵的發(fā)展趨勢(shì)，提出了工程措施和非工程措施兩種防治海水入侵的對(duì)策。

海水入侵錐狀入侵地下水庫攔截回灌補(bǔ)源

1　海水入侵現(xiàn)狀

日照市位于山東省的東南端，在北緯35o04'～36o02'之間，東臨黃海，海岸線全長98.77km，其中砂質(zhì)海岸66.47km，泥砂質(zhì)海岸18.20km,巖質(zhì)海岸14.10km[1]。日照市屬溫帶半濕潤季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，受海洋性氣候影響較大。

據(jù)鉆孔資料顯示，-15m以上的地區(qū)晚更新世以來的海相地層平均厚度為3～-11m，本區(qū)-25～-3m海域松散覆蓋層更薄，有的地方不足10cm。海水入侵是由于濱海地區(qū)地下水動(dòng)力條件發(fā)生變化，引起海水或高礦化度咸水向陸地淡水含水層運(yùn)移，而發(fā)生的水體侵入過程和現(xiàn)象[2]。

本次工作海水入侵峰線根據(jù)相關(guān)規(guī)范，將Cl-含量大于250 mg/l作為主要判別標(biāo)準(zhǔn)。為了查明海水入侵鋒線，本次工作首先收集了大量資料，在資料分析研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了地面調(diào)查和采樣分析，在地面調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用電阻率垂向電測(cè)深法和高密度電阻率法，探明海水入侵鋒線的具體位置，同時(shí)結(jié)合水質(zhì)分析成果，確定了截止到2014年年底的海水入侵鋒線和海水入侵分布區(qū)（見圖1）。

圖1　海水入侵鋒線和海水入侵分布區(qū)圖

2　海水入侵方式

海水入侵方式主要受地貌、地質(zhì)條件制約，按入侵方式和分布形態(tài)，結(jié)合本次地面調(diào)查及物探成果，確定區(qū)域海水入侵方式有如下四種。

2.1面狀入侵向全面推進(jìn)，入侵體在平面上呈面狀形態(tài)，在剖面上呈楔狀形態(tài)。

2.2帶狀入侵

第四紀(jì)沉積層中的古河道具有較強(qiáng)的滲透性，是地下水富集場(chǎng)所，由于過量地下水開采，當(dāng)?shù)叵滤坏陀诤Ｋ鏁r(shí)，海水便會(huì)沿著古河道迅速向內(nèi)陸入侵，其入侵范圍和形態(tài)受周圍地層影響，在平面上呈帶狀或脈狀。如果入侵寬度稍大，呈帶狀，入侵寬度稍窄，則成脈狀。

2.3錐狀入侵

錐狀入侵是在咸淡水界面附近位置抽水時(shí)出現(xiàn)的一種形體。當(dāng)在井中抽水時(shí)，井水位下降形成局部漏斗，井管中水柱縮短，壓強(qiáng)減小，由于水動(dòng)力平衡作用，咸水體也同時(shí)上升，形成上升的咸水錐。在抽水量較小時(shí)，井管中的淡水水柱會(huì)阻止咸水錐繼續(xù)上升，這時(shí)抽上來的全部為淡水；當(dāng)抽水量加大時(shí)，淡水柱不能阻擋咸水錐上升時(shí)，咸水便和淡水同時(shí)上升，這時(shí)抽上來的為混合水。如果抽水量繼續(xù)加大，淡水將被咸水阻止，不能進(jìn)入井內(nèi)，這時(shí)抽上來的就會(huì)全是咸水。見圖2。

是日照市最主要的入侵方式，主要發(fā)育在長度66.47km的砂質(zhì)海岸的第四紀(jì)沉積物分布區(qū)，海侵過程中，海水沿含水層向內(nèi)陸方

圖2　海水錐狀入侵示意圖

2.4舌狀入侵

在蔡家灘、陶家村和太古鎮(zhèn)一帶存在舌狀入侵，該區(qū)域第四系厚度較小，含水層厚度薄，下伏基巖強(qiáng)風(fēng)化層及弱風(fēng)化層厚度較大，海侵過程中，海水在第四系砂層入侵較快，基巖風(fēng)化層入侵滯后。這種入侵往往形成前沿部分入侵深度較淺，入侵體厚度小，后部入侵深度大，厚度也較大，侵入體在剖面上形如舌狀。

3　海水入侵影響因素

造成日照市沿海發(fā)生海水入侵的原因是多方面的，既有自然原因的影響，也有人類活動(dòng)的影響，其中人類的不合理開發(fā)利用活動(dòng)是誘發(fā)和加劇日照市海水入侵蔓延的主要原因。

3.1自然因素

3.1.1氣候

氣候變化對(duì)海水入侵起著重要作用，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是氣候干燥，降雨量減少。經(jīng)對(duì)收集日照市氣象局1980年至今降水量資料統(tǒng)計(jì)分析，35年中枯水年多于豐水年與平水年之和，多年平均降水量比以前減少了132mm。二是災(zāi)害性氣候—風(fēng)暴潮的發(fā)生造成海水地面入侵，對(duì)地下水入侵進(jìn)程有加強(qiáng)作用。三是受溫室效應(yīng)的影響，全球氣候變暖，冰川溶解，海平面逐漸上升。經(jīng)對(duì)日照市石臼海洋站實(shí)測(cè)高潮位資料分析，相比八十年代多年平均年高潮位升高了15cm，有逐年升高的趨勢(shì)，海平面和高潮位的上升，對(duì)日照市沿海海水入侵的蔓延無疑有一定的影響。

3.1.2地形地貌

地形地貌對(duì)海水入侵也有較大影響，如基巖海岸一般發(fā)育有海蝕崖。若斷裂裂隙不發(fā)育，地下水位高于海平面，一般不會(huì)發(fā)生海水入侵；砂質(zhì)、泥砂質(zhì)海岸一般地形比較低平，地層透水性較強(qiáng)，地下水位標(biāo)高較低且水力坡度小，地下水流場(chǎng)容易發(fā)生變化，也易受風(fēng)暴潮襲擊，是海水入侵的易發(fā)區(qū)。

3.1.3地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

日照市沿海地區(qū)由海積、沖洪積地層組成，沉積層中砂層較厚，顆粒較粗，透水性良好，滲透系數(shù)一般在50～100m/d[3]，導(dǎo)水能力強(qiáng)，使咸淡水連通性較好，為海水入侵創(chuàng)造了有利的空間條件。當(dāng)人為超采地下水改變其天然流場(chǎng)時(shí)，形成低于海平面的地下水負(fù)值區(qū)，海水就會(huì)沿孔隙含水層、河道向地下水位漏斗區(qū)徑流浸染。

3.2人為因素

日照市海水入侵的主要人為因素為過量開采地下水，近幾年由于連年干旱，用水量增加，造成河道斷流，沿海蓄水工程干涸或報(bào)廢，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分利用地下水，因此地下打井越來越多，抽水量越來越大。地下水持續(xù)超采，使地下水位大幅度下降，出現(xiàn)大面積低于海平面的負(fù)值區(qū)。當(dāng)?shù)叵滤回?fù)值區(qū)長期存在時(shí)，含水層中咸—淡水之間的水力平衡關(guān)系被破壞，造成咸水侵入淡水。除了過量開采地下水以外，入海河流上游修建蓄水截潛工程，發(fā)展海水養(yǎng)殖、擴(kuò)建鹽田、河道采砂和海岸帶工程建設(shè)等的影響也是顯著的。

4　海水入侵發(fā)展趨勢(shì)

日照市沿海地區(qū)海水入侵主要發(fā)生于主要河流入?？谄皆瓍^(qū)，入侵區(qū)附近第四系展布范圍相對(duì)較小，第四系基底巖性致密，節(jié)理裂隙不發(fā)育，這使得海水入侵范圍受到了一定的限制制約，且隨著近幾年地方政府及主管部門高度重視海水入侵問題，采取了一系列切實(shí)有效的控制海水入侵的措施，海水入侵得到了有效地遏制，有些地區(qū)入侵范圍有縮小的趨勢(shì)，所以近期日照沿海地區(qū)海水入侵范圍總體上將會(huì)維持現(xiàn)狀，不會(huì)有較大變化，見圖3。

圖3　多年海水入侵鋒線變化圖

5　海水入侵防治對(duì)策

結(jié)合日照市沿海地區(qū)海水入侵的自身特點(diǎn)同時(shí)結(jié)合成功的防治措施，提出了工程措施和非工程措施兩種防治對(duì)策。

5.1工程措施

5.1.1建設(shè)地下水庫

該方法主要是通過截?cái)嗪Ｋc地下水之間的水利聯(lián)系，來截堵海水向地下淡水的入侵，也攔擋地下淡水向下游的排泄，保護(hù)淡水資源。日照市東部水系由西北向東南注入黃海，屬魯東低山丘陵松散巖、巖漿巖類水文地質(zhì)區(qū)。河流均屬于雨源型河流，修建地下截滲墻和建設(shè)地下水庫的地質(zhì)條件和水源條件均較理想。在日照傅河、兩城河、繡針河的下游興建地下水庫進(jìn)行地下水人工調(diào)蓄，既能緩解水資源短缺的矛盾，又能防止水土流失，增加濕地面積，阻止海水入侵，改善生態(tài)環(huán)境，是一舉多得的系統(tǒng)工程。根據(jù)測(cè)算僅崮河與傅河交匯處興建的地下水庫，每年可增加地下水儲(chǔ)量約5× 107m3。

5.1.2攔截回灌補(bǔ)源

日照市海水入侵區(qū)的河流多為季節(jié)性河流，源短流急，不能得到充分利用?？梢愿慕ê图庸滩糠脂F(xiàn)有蓄水工程，在河流中，下游新建攔河閘壩，攔蓄洪水增加地表水可利用量，在地下水漏斗區(qū)修建滲渠、滲井，利用汛期洪水補(bǔ)給地下水，把入海表流蓄在地下。該方法一是可以緩解水資源供需平衡，二是可以恢復(fù)咸淡水界面的原有平衡，對(duì)預(yù)防和治理海水入侵是切實(shí)可行并有效的。

5.1.3修建、加固防潮堤、閘

建議在有條件的砂質(zhì)岸線區(qū)均建設(shè)防潮堤、在河口地段建設(shè)防潮閘，以防范風(fēng)暴潮把海水?dāng)y帶到陸地，造成海水入侵。同時(shí)對(duì)已有的防潮堤、防潮閘進(jìn)行維護(hù)或加固，確保其安全。

5.1.4推廣海水淡化工程

隨著科技進(jìn)步海水淡化設(shè)備和運(yùn)行成本必將大幅度降低，在條件許可且經(jīng)濟(jì)可行的情況下，積極推廣海水淡化工程，如反滲膜咸水淡化、核能咸水淡化、太陽能咸水淡化等，特別在因海水入侵造成飲水困難的地區(qū)要加強(qiáng)海水淡化，確保居民生活用水，減少地下水開采量。

5.1.5繼續(xù)優(yōu)化地下淡水開采布局

對(duì)海水入侵區(qū)的地下淡水開采應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理的安排，同時(shí)進(jìn)行有效監(jiān)督，嚴(yán)禁長時(shí)間超量開采地下水，保持地下水對(duì)海水的正向水力坡度。由于生產(chǎn)或生活急需而超量開采時(shí)，也應(yīng)依據(jù)開采位置，嚴(yán)格控制開采量和開采時(shí)間。在開采布局上要堅(jiān)持中上游密，下游疏的原則。

5.2非工程措施

5.2.1加強(qiáng)科學(xué)研究

繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)海水入侵的專題研究，建議有關(guān)科研單位或團(tuán)體聯(lián)合在沿海地帶建立海水入侵監(jiān)測(cè)研究基地，投入必要的的勘探、監(jiān)測(cè)等實(shí)物工作量，并進(jìn)行長期研究，建立海水入侵預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，為日照市沿海地區(qū)及其它北方沿海地區(qū)海水入侵防治提供對(duì)策建議。

5.2.2制定規(guī)范性文件，強(qiáng)化水資源管理

形成和建立“取水申請(qǐng)，規(guī)劃開采，合理利用，以量取費(fèi)，以費(fèi)養(yǎng)管，科學(xué)保護(hù)，法制管理”的管理機(jī)制。

5.2.3調(diào)整種植結(jié)構(gòu)

在海水入侵區(qū)進(jìn)一步調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，進(jìn)行海水入侵區(qū)生態(tài)改良試驗(yàn)，擴(kuò)大耐鹽耐堿作物種植面積，促使海水入侵區(qū)水資源逐步走向良性循環(huán)。

5.2.4節(jié)約用水，建立節(jié)水型社會(huì)

改進(jìn)用水工藝，減少用水環(huán)節(jié)，降低用水額度，加強(qiáng)污水處理措施，提高水的重復(fù)利用率等工作。在海水入侵區(qū)進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局和工業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水型和無水型高科技工業(yè)體系。

6　結(jié)語

日照市沿海海岸帶大部分為砂質(zhì)海岸，海水入侵面積自八十年代以來有快速增加近年變緩的趨勢(shì)；自然因素的影響長期緩慢，人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是誘發(fā)和加劇海水入侵的主要原因。政府部門應(yīng)規(guī)范強(qiáng)化水資源的合理開發(fā)利用，合理布局沿海建設(shè)工程，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)作物科學(xué)種植，投入資金研討應(yīng)對(duì)海水入侵對(duì)策，并支持河流整體規(guī)劃、利用和改造。這樣才能維持海侵現(xiàn)狀，保持自然界的平衡狀態(tài)，或縮小海水入侵面積，為沿海經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供保障。

[1]李振涵，朱偉.日照市海水入侵現(xiàn)狀與治理方案 [J].山東國土資源，2009（6）：21-24.

[2]潘懋，李鐵峰.災(zāi)害地質(zhì)學(xué) [M].北京：北京大學(xué)出版社，2002:249-253.

[3]李振涵，張春榮，朱偉.日照市沿海地區(qū)海水入侵現(xiàn)狀與分析 [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009（5）：129-132.

X83[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-2-70-2

陳冶（1957～），男，畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)與工程地質(zhì)系，水工環(huán)副教授，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)教學(xué)與科研。