廣東省硇洲島海水入侵研究

(廣東省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊，廣東 湛江 524049)

海水入侵指濱海地區(qū)由于人為超量開采地下水，引起地下水位大幅下降，海水與淡水之間的水動力平衡被破壞，導(dǎo)致咸淡水界面向陸地方向移動，海水侵入到淡水含水層系統(tǒng)的現(xiàn)象。曾經(jīng)廣東省湛江市硇洲島隨著地下水開采量的不斷增加，造成該島臨海村莊出現(xiàn)井水變咸、供水困難等現(xiàn)象，具有明顯海水入侵的跡象。后來采取了有效措施使得淡水水位有所回升，海水入侵沒有進(jìn)一步惡化。

1 硇洲島地質(zhì)條件

1.1 氣象

硇洲島處于北回歸線以南的低緯度地區(qū)，屬北熱帶海洋性季風(fēng)氣候，日照時間長，終年受海洋氣候調(diào)節(jié)，氣候特征表現(xiàn)為風(fēng)害多、雷雨頻、雨量集中、夏季長而冬季短、溫和潮濕。島內(nèi)年平均氣溫23.4℃，最熱月平均氣溫28.6℃，最冷月平均氣溫16.2℃，雨量充沛，年平均降雨量1 317.6 mm，年平均相對濕度84%；年平均蒸發(fā)量1 191 mm。

1.2 基礎(chǔ)地質(zhì)

硇洲島以火山地貌為主，沿海局部有小面積的海積階地、海漫灘和砂堤砂地；東海岸海浪沖刷強(qiáng)烈，形成海蝕崖和海蝕漫灘；西海岸地形較低，多為海積漫灘。

硇洲島出露地層均為第四系。據(jù)鉆孔揭露，地層自上而下依次為第四系和第三系。其中，新近系的下洋組、第四系的湛江組是本島最重要的承壓水含水層位。硇洲島內(nèi)巖石主要有火山巖。為雷北火山噴發(fā)盆地的火山島嶼部分，火山活動始于新近紀(jì)中新世，結(jié)束于第四紀(jì)更新世末期。構(gòu)造上位于雷瓊斷陷區(qū)北部，地跨雷北隆起與雷南斜坡兩個三級構(gòu)造單元。

1.3 水文地質(zhì)

1.3.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

硇洲島位于雷瓊自流盆地北段，于新生代雷瓊斷陷的東北部。硇洲島總體呈近似一個北東向的等邊梯形，北東向中軸長10.5 km，北東邊寬6.5 km、西南邊寬7.4 km，岸線總長約45.6 km，陸地面積56.0 km2。島內(nèi)地表水系不發(fā)育，以源近流短的季節(jié)性溝谷溪流為主。島內(nèi)沿玄武巖臺地前緣陡坎出露有泉水，泉水流量為0.125～2.8 L/s不等。島內(nèi)沒有大中型的蓄水設(shè)施，水庫均為小型水庫，數(shù)量不多，有些因用途改變已經(jīng)失去蓄水功能。

據(jù)硇洲島海洋水文觀測站資料，本海區(qū)潮汐和潮流均為不正規(guī)半日潮，其特點是在一天中相鄰兩次高潮和低潮的高度都不相等，漲、落潮歷時也不相等。本海區(qū)多年實測平均海平面高程介于-0.12～-0.35 m之間(1956年黃海高程系)，多年平均海平面波動值介于0.13～0.30 m之間。本島區(qū)附近海域波浪以風(fēng)浪為主，受風(fēng)場控制，波浪方向以東北東向為主，次為南東及東向，偏西向波浪極少出現(xiàn)。而涌浪的分布大體與風(fēng)浪相同。

1.3.2 研究區(qū)氯離子和礦化度背景值特征

以往區(qū)水質(zhì)分析資料表明，本島的地下水無論是沿海近岸帶或是中心區(qū)、火山巖孔洞裂隙水還是松散巖類孔隙水，其礦化度均為<500 mg/L的淡水。近年，由于受到人類活動的影響，島內(nèi)的地下水水質(zhì)已有較大的變化。從最新取樣分析結(jié)果看，島內(nèi)的地下水按礦化度大小可分為淡水(礦化度<1 000 mg/L)、微咸水(礦化度1 000～3 000 mg/L)、咸水(礦化度>3 000 mg/L)三個類型。

1.3.3 研究區(qū)水文地質(zhì)

硇洲島地下水按含水介質(zhì)類型、賦存條件、水力特征等劃分為松散巖類孔隙水、火山巖類孔洞裂隙水二大類。松散巖類孔隙水按含水層埋藏深度、水力特征及開采條件等，又可分為淺層潛水—微承壓水(含水層埋深<30 m)、中層承壓水(含水層埋深30～200 m)、深層承壓水(含水層埋深>200 m)。火山巖類孔洞裂隙水分布硇洲島絕大部分地段。含水層為風(fēng)化、半風(fēng)化氣孔狀玄武巖、裂隙玄武巖及火山碎屑巖、層狀凝灰?guī)r疊置而成，該層地下水具有埋深淺、水質(zhì)好、易開采的特點，是硇洲島居民的主要供水和開采層位。但該層也是本島海水入侵的主要含水層，近年來，由于島內(nèi)集中、過量開采該層地下水，造成水位埋深大幅下降，很多已達(dá)0m標(biāo)高以下，目前除中部地區(qū)及硇洲鎮(zhèn)區(qū)一帶為淡水外，其余沿海地方已不同程度地被咸化。

2 海水入侵特征及原因分析

2.1 海水入侵特征

硇洲島地下水開發(fā)已有近半個世紀(jì)的歷史，本世紀(jì)初之前，除農(nóng)村生活用水及農(nóng)業(yè)灌溉用水絕大部分取自淺層水。島上農(nóng)作物僅有少量水稻和甘蔗，其灌溉方式主要依靠大氣降水，全島地下水年開采量不足400萬 m3，且開采布局分散，未能形成明顯的降落漏斗，沿海地區(qū)淺層水水位均高于海平面，水頭壓力對海水維持正壓力場特征，成為阻斷海水入侵的良好屏障。

硇洲島是一個火山巖孤島，沿岸大部分地段出露晚更新統(tǒng)湖光巖組(Q3h)火山熔巖，氣孔和裂隙較發(fā)育，不具備天然阻隔海水入侵的作用。隨著本世紀(jì)初島上大面積墾荒種植香蕉及沿海灘涂大量開發(fā)為對蝦養(yǎng)殖場，農(nóng)業(yè)灌溉及蝦池?fù)Q水對地下水的開采量需求急劇增加，導(dǎo)致淺層水水位快速下降，環(huán)島近岸區(qū)淺層水水位普遍低于海平面3.0～5.0 m，局部地段低于10.0 m，淺層水相對于海水的水頭正壓場消失，地下水水動力環(huán)境遭到破壞，淺層水對海水入侵的屏蔽作用喪失，導(dǎo)致近岸500 m范圍發(fā)生明顯的海水入侵，局部地段入侵范圍縱深達(dá)1 000 m。

2.1.1 以側(cè)向入侵為主，垂向入侵為次

因為硇洲島濱海地區(qū)(包括潮間帶)大部分為滲透性較強(qiáng)的氣孔狀玄武巖與海水直接接觸，隨著近幾年(主要為2003以來)島上地下水開采量的急劇增加，濱海大部分地區(qū)的潛水位急劇下降并低于海平面，潛水位相對于海水的水頭壓力差轉(zhuǎn)化為負(fù)值，海水便沿著滲透性較強(qiáng)的氣孔狀玄武巖側(cè)向入侵，導(dǎo)致濱岸大部分地段的淺層水咸化。目前，淺層水水質(zhì)咸化地帶的影響縱深一般在300～500 m，局部達(dá)1 000 m。在垂向上，沿海地區(qū)在湖光巖組氣孔狀玄武巖之下，分布有5.0～15.0 m厚的火山碎屑巖(以薄層狀凝灰?guī)r為主，底部夾雜火山角礫巖)具有一定的隔水作用，而在火山碎屑巖之下，則有數(shù)層厚度在3.0～5.0 m不等的湛江組雜色或灰色粘土層，具有良好的隔水性能，因此，在垂直方向，海水入侵作用尚不明顯。雖然近岸地區(qū)相當(dāng)一部分井深60.0～100.0 m的機(jī)井水質(zhì)變咸，應(yīng)為施工過程中對已遭受海水入侵的淺層含水層沒有進(jìn)行有效止水，而形成混層抽水的結(jié)果。如下大倫村北東施工的水井，井深100.0 m，由于對淺部含水層采取了嚴(yán)格的止水措施，該井現(xiàn)場氯離子測定含量僅87.0 mg/L，水質(zhì)并未咸化，而在該井南西50.0 m施工的另一口同樣為100.0 m深的機(jī)井，因為未對淺層含水層進(jìn)行有效止水，其水質(zhì)明顯變咸而不能使用。

2.1.2 入侵速度快，危害嚴(yán)重

如前所述，由于硇洲島僅在本世紀(jì)初才開始大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，導(dǎo)致地下水開采量急劇增加，水位快速下降。2003年以前，僅局部濱海灘涂蝦場面積較大地段，由于50.0 m以淺的開采井集中，形成局部降落漏斗，發(fā)生海水入侵的范圍僅局限在個別港灣處，如六竹港、北港水庫等地近岸地帶。至2006年底，在短短4年時間內(nèi)，由于島內(nèi)香蕉種植和對蝦養(yǎng)殖所產(chǎn)生的財富效應(yīng)驅(qū)動，島上幾乎每一寸土地都被開墾種植香蕉。沿海大部分灘涂及部分離岸較近的火山巖低臺地被開挖成養(yǎng)蝦池，全島新增50～120 m深的機(jī)井達(dá)1 500多眼。部分近岸地區(qū)的機(jī)井密度達(dá)50～60眼/km2，而且以淺、中層含水層為主要開采對象。近乎掠奪性的資源開采，使硇洲島地下水位快速下降并形成區(qū)域性降落漏斗，從而導(dǎo)致環(huán)島近岸地區(qū)形成較大規(guī)模的海水側(cè)向入侵。

2.2 海水入侵原因分析

2.2.1 自然因素

自然因素只是對海水入侵起一定的影響和控制作用。全球氣候變暖，導(dǎo)致硇洲島沿岸海平面上升5～6 cm。隨著海平面上升，引起海水入侵。

硇洲島是一座火山孤島，環(huán)島海岸及灘涂大部分出露湖光巖組(Q3h)玄武巖，氣孔、裂隙較發(fā)育，滲透性強(qiáng)，對防止海水入侵極為不利。硇洲島除西部硇洲鎮(zhèn)和局部港灣地段的海灘沉積有0.5～2.0 m厚的淤泥或淤泥質(zhì)砂，稍具隔水性能外，其余絕大部分海岸及灘涂均出露湖光巖組(Q3h)玄武巖，氣孔、裂隙較發(fā)育，透水性較強(qiáng)，并與海水具有密切的水力聯(lián)系。在淺層水和潛水的水位高于海平面時，地下水沿玄武巖的氣孔、裂隙排泄入海，反之，當(dāng)淺層水和潛水的水位低于海平面時，在水頭壓力差的作用下，海水沿著玄武巖的氣孔、裂隙反補(bǔ)地下水，從而引發(fā)海水入侵。因此，沿岸地區(qū)含水層的巖性及巖土結(jié)構(gòu)是形成海水入侵的重要自然因素。

2.2.2 人為因素

淡水抽水量超過了它的補(bǔ)給量，使海岸帶附近地下水“水頭”不斷下降，出現(xiàn) 了淡水體的“水頭”低于附近海水“水頭”的現(xiàn)象，海水與淡水之間的水動力平衡被破壞，導(dǎo)致咸淡水界面向陸地方向移動，就會出現(xiàn)海水入侵。即海水入侵是源于人為超量開采地下水造成水動力平衡的破壞。

歷史上，硇洲島近岸地段地下水沒有被海水入侵，全憑淺層水及潛水水位高于海平面，保持水頭壓力正值，屏蔽了海水入侵。

有限的地下水資源與日益膨脹的需求間產(chǎn)生了嚴(yán)重矛盾。硇洲島的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)營模式和生產(chǎn)技術(shù)方法與該島地下水可采資源的承載能力嚴(yán)重失衡。以島內(nèi)香蕉種植和對蝦養(yǎng)殖兩大支柱產(chǎn)業(yè)為例，本世紀(jì)初以前，硇洲島幾乎沒有香蕉種植，沿海對蝦養(yǎng)殖也不足100畝。從1992年開始，島內(nèi)香蕉種植迅猛發(fā)展，據(jù)硇洲鎮(zhèn)農(nóng)委辦2006年底統(tǒng)計，其種植面積已達(dá)2.6萬畝，幾乎每一寸土地都被種上了香蕉。對蝦養(yǎng)殖面積也迅速發(fā)展到1 700余畝。而上述兩大產(chǎn)業(yè)的耗水量極高，島內(nèi)地表水資源匱乏，年供水量不足50萬 m3，主要依靠開采地下水灌溉和蝦池?fù)Q水，據(jù)有關(guān)部門初步統(tǒng)計，僅此兩項支柱產(chǎn)業(yè)，年地下水開采量即達(dá)2 066萬 m3，加上工商、生活飲用水及其他農(nóng)作物灌溉，全島年均地下水開采量已達(dá)2 346萬 m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該島淺、中、深層地下水可采資源總量(1 176萬 m3)，地下水的平均開采系數(shù)(K)為1.99，沿海地段地下水開采系數(shù)(K)超過2.0，屬嚴(yán)重超采。此外，對地下水資源開采的法制化、規(guī)范化和科學(xué)化管理職能的缺失，導(dǎo)致島內(nèi)種植戶、養(yǎng)殖戶各自為政，盲目打井，掠奪性開采，無節(jié)制的漫灌，進(jìn)一步加劇了資源的供需矛盾。島內(nèi)地下水資源的嚴(yán)重超采，直接導(dǎo)致了全島范圍地下水降落漏斗的形成和淺層地下水水位的快速下降。如島上北西部的六竹、晏庭、潭北灣；北部的后角、大浪、煙樓；北東部的潭北湖、斗龍、潭井及南部的英明、德斗等沿海地區(qū)，30.0～50.0 m深的淺井，自2003年后水位逐年下降，由初時的2.0～5.0 m標(biāo)高下降至-3.0～-8.0 m，局部下降至-10.0～-18.0 m標(biāo)高(如黃屋、大浪、潭北灣的水井等)，形成大范圍的超采負(fù)壓區(qū)，而上述這些地區(qū)也是海水入侵最嚴(yán)重的。因此，集中、超量開采地下水，是引發(fā)硇洲島海水入侵的直接人為因素。

3 結(jié)語

通過對硇洲島海水入侵現(xiàn)狀調(diào)查及入侵原因、發(fā)展趨勢的研究，取得了以下認(rèn)識和成果：

1)查明海水入侵范圍及危害現(xiàn)狀。2014年對126個機(jī)井，17個民井的調(diào)查，取樣分析，并結(jié)合高密度電阻法劃分咸淡水界線分析，硇洲島除硇洲鎮(zhèn)附近沿岸一帶未被海水入侵外，其余近岸地帶多出現(xiàn)程度不同的海水入侵現(xiàn)象，分布范圍沿硇洲島近岸呈環(huán)帶狀分布，并且以港灣向島上陸地延伸部位最為明顯。平面入侵一般到達(dá)離海岸500 m左右的位置，局部達(dá)到1 500 m，垂向入侵主要為30～70 m深度的淺、中層水含水層，其中海水入侵嚴(yán)重的外環(huán)帶分布面積約13.6 km2，地下水中氯離子含量一般>500 mg/L，淺層地下水已完全失去利用功能；海水入侵輕微區(qū)的分布面積約3.5 km2，地下水中氯離子含量一般在250～500 mg/L，淺層地下水部分失去利用功能。遭受海水入侵地區(qū)總面積為17.1 km2。與2006年相比，海水入侵有所緩解。

隨著硇洲島地下水開采量的逐年增加，地下水位持續(xù)下降，海水入侵向內(nèi)陸擴(kuò)展的速度在逐步加快，部分水井相繼水質(zhì)咸化，相當(dāng)一部分水井失去灌溉和飲用功能。自2003年至2014年先后有300多眼20～100 m深的井因海水入侵、水質(zhì)咸化而失去飲用和灌溉功能，大量民井、機(jī)井報廢，近萬名群眾因此出現(xiàn)飲水困難，1 000多畝耕地出現(xiàn)土地板結(jié)鹽漬化或農(nóng)田鹽堿沼澤化，造成經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重?？梢?，海水入侵已經(jīng)嚴(yán)重影響了海島的人居環(huán)境，一定程度抑制了社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2)對海水入侵的內(nèi)在因素及外部原因進(jìn)行了初步研究探討。硇洲島是中晚更新世時期由基性玄武巖漿噴發(fā)而形成的火山島嶼，當(dāng)熾熱的巖漿噴溢出地表并與海水接觸時，因快速冷卻成巖而形成大量氣孔和收縮裂隙，因此，環(huán)島灘涂大量分布的氣孔狀玄武巖其孔洞裂隙水便與海水存在密切的水力聯(lián)系。通常情況下，玄武巖孔洞裂隙水在水頭壓力的作用下向海水排泄，但隨著島內(nèi)地下水的大量開采，地下水水位下降至海平面以下，便形成海水反補(bǔ)(入侵)，上述不利的水文地質(zhì)環(huán)境條件是硇洲島產(chǎn)生海水入侵的內(nèi)在因素。而外部原因主要是人為大量超采淺-中層地下水，導(dǎo)致近年來地下水位快速下降而引發(fā)海水入侵。

通過對硇洲島海水入侵現(xiàn)狀調(diào)查及入侵原因、發(fā)展趨勢的初步研究，提出遏制硇洲島日益嚴(yán)重的海水入侵危害對策建議：

(1)按照《中華人民共和國水法》和《取水許可制度實施辦法》等法律法規(guī)文件，制定硇洲島地下水資源開采申報、審批和取水許可制度，嚴(yán)格禁止目前隨心所欲，濫采、超采地下水的不法行為，把地下水開采納入法制化管理的軌道。

(2)根據(jù)地下水資源潛力，切實調(diào)整全島產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大幅度調(diào)減耗水量大的香蕉種植面積，推廣種植耗水量少，經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)質(zhì)熱帶水果，從根本上解決農(nóng)業(yè)灌溉過度消耗地下水資源的不合理局面。

(3)對已遭受海水入侵的沿海地區(qū)，應(yīng)關(guān)閉封填所有淺層水開采井，大量調(diào)減中層水開采井，適當(dāng)增加深層水開采井?？傮w按照地下水資源采補(bǔ)基本平衡的原則調(diào)控開采井?dāng)?shù)量及地下水開采量。

(4)大力推廣農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集約化經(jīng)營模式，全面應(yīng)用嘖灌、滴灌、微灌等節(jié)水灌溉新技術(shù)，減少地下水資源的嚴(yán)重浪費，構(gòu)建節(jié)水型經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會。

(5)利用有利的水文地質(zhì)、地形、地貌條件及充沛的大氣降水條件，大力興建小型山塘、水庫、儲水坑，實施天然與人工相結(jié)合的回灌工程建設(shè)，增加淺層水的補(bǔ)給量，保障淺層水壓力維持。