萊州灣南部沿海地區(qū)環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀及成因研究

王 建,張軍強(qiáng),任寒寒,李亞蒙,郭 穎

(1.臨沂大學(xué) 地質(zhì)與古生物研究所,山東 臨沂276000;2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濰坊261021;3.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 海岸帶地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濰坊261021)

海岸帶地區(qū)是世界人口、城市和社會(huì)財(cái)富最密集的區(qū)域,大約有50%的人口聚集在60 km 以內(nèi)的海岸帶地區(qū)[1]。海岸帶地區(qū)與人類的生存發(fā)展息息相關(guān)[2-4]。人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)導(dǎo)致海岸帶地區(qū)資源環(huán)境開發(fā)強(qiáng)度變大,全球氣候變暖、海平面上升[5-6]等進(jìn)一步加劇了沿海地區(qū)的資源環(huán)境壓力。海水入侵[3-4,7],地下水超采漏斗[8-12]和土壤鹽漬化[13-14]等是海岸帶地區(qū)普遍存在的環(huán)境地質(zhì)問題。中國(guó)沿海海平面上升速率高于全球平均水平[15],人口更為密集,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,問題更為嚴(yán)峻[16-21]。

萊州灣南部沿岸沖、洪積平原地區(qū)由于特殊的水文地質(zhì)條件,在環(huán)渤海地區(qū)海(咸)水入侵最為嚴(yán)重,受到廣泛關(guān)注[16,20,22-23]。莊振業(yè)等[16]通過多年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和調(diào)查資料,對(duì)萊州灣南部海(咸)水入侵階段進(jìn)行了劃分,給出了災(zāi)害發(fā)展模式,認(rèn)為人為過量采取地下水和自然環(huán)境變化是引發(fā)海水入侵災(zāi)害的主要原因。苗青等[22]通過2007—2010年萊州灣南部地區(qū)的海水入侵檢測(cè)數(shù)據(jù),探討了海水入侵成因,并對(duì)海水入侵災(zāi)害進(jìn)行了分區(qū)研究。20世紀(jì)70年代以來,隨著萊州灣南部社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人口劇增,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)地下水需求急劇增大,導(dǎo)致沿海平原地區(qū)地下水的長(zhǎng)期超量開采;同時(shí)由于降水較少,尤其在20世紀(jì)七八十年代存在連年干旱[16],地下水補(bǔ)給不足,形成多個(gè)地下水超采漏斗[9,24-25]。地下水超采漏斗的形成加劇了海(咸)水入侵,嚴(yán)重污染地下水資源,使得淡水咸化和土壤鹽漬化,對(duì)沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。李瑜等[9]將山東省地下水超采漏斗的發(fā)展分為四個(gè)階段,并探討了其發(fā)展演變特征及發(fā)展原因。費(fèi)宇紅等[24]通過對(duì)20世紀(jì)50年代以來降水量、河道滲透量和地下水開采量的綜合分析,發(fā)現(xiàn)人類開采地下水和降水量持續(xù)減少是地下水位下降和漏斗形成的主要原因。曹濱通過對(duì)濰坊市北部地下水超采漏斗的研究,探討了其成因機(jī)制,分析其演變特征和發(fā)展階段[25]?？傊?萊州灣南部地區(qū)海(咸)水入侵研究較多,但對(duì)地下水超采漏斗和土壤鹽漬化的研究相對(duì)不足,更缺乏三者相互作用及內(nèi)在聯(lián)系的綜合研究。

通過萊州灣南部沿海地區(qū)地下水、地表土壤的地球化學(xué)測(cè)試和2016年地下水位統(tǒng)測(cè)數(shù)據(jù),詳細(xì)分析了該地區(qū)海(咸)水入侵、地下水超采漏斗、鹽漬土的分布范圍、發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)人類經(jīng)濟(jì)生活所產(chǎn)生的影響,探討三者之間的相互作用及內(nèi)在聯(lián)系。目前萊州灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,各種工程建設(shè)項(xiàng)目陸續(xù)開展,對(duì)萊州灣南部地區(qū)環(huán)境造成很大的壓力。研究萊州灣南部海岸帶地區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題的復(fù)雜機(jī)制和發(fā)展規(guī)律,可為該地區(qū)環(huán)境地質(zhì)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和支撐。

1 區(qū)域概況

研究區(qū)位于渤海萊州灣南部沿海地區(qū),地理位置為118°10'～120°01'E,35°32'～37°26'N,總面積約1.6×104km2。該地區(qū)河流密布,流域面積大于50 km2的河流有100多條;主要有五大水系,由東至西分別為膠萊河、濰河、白浪河、彌河和小清河,這些水系均由南至北流入萊州灣(圖1)。地貌類型由南向北依次為山前沖洪積平原區(qū)和濱海平原區(qū)。山前沖洪積平原區(qū)海拔約為7～100 m,坡度約為1/500～1/1200,面積約為6.6×103km2;濱海平原區(qū)屬濰北平原,海拔在7 m 以下,面積約3.6×103km2。研究區(qū)處于北溫帶季風(fēng)區(qū),屬暖溫帶季風(fēng)型半濕潤(rùn)大陸型氣候,春、秋、冬季少雨干旱,降水集中在夏季,年平均降水量602.8 mm[25]。在北部濱海區(qū)降水量相對(duì)較高,多年平均降水量為660 mm(1971—2010年)[26]。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

圖2 渤海地區(qū)M2 分潮流的橢圓長(zhǎng)短軸分布[28]Fig.2 Distribution of major and minor axes of the ellipse of M2 constituent of the Bohai Sea[28]

萊州灣地區(qū)主要為不正規(guī)半日潮,平均潮差1 m。西部為正規(guī)半日潮,最大可能潮流為100～150 cm/s;東部為不正規(guī)半日潮,最大可能潮流為50～100 cm/s,潮流流速西部高,東部低[28]。渤海地區(qū)M2分潮流的分布為中部小近岸大,萊州灣半日分潮流的橢圓長(zhǎng)軸由灣口指向?yàn)稠擺28](圖2)。萊州灣地區(qū)風(fēng)暴潮作用頻繁,1950—2013 年間,平均每3 a發(fā)生1次災(zāi)害性風(fēng)暴潮,其中在2007—2013 年增加至每年1次。

2 材料與方法

2016-04—07山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在萊州灣南部沿海地區(qū)進(jìn)行了地下水和土壤取樣。地下水采樣間隔為(3～4)km×(3～4)km,共采集地下水樣品467件;土壤樣品采樣間隔為(2～4)km×(2～4)km,共采集土壤樣品570 個(gè)。地下水和土壤地球化學(xué)測(cè)試均在山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心開展。

地下水地球化學(xué)測(cè)定的測(cè)試儀器為iCAP 7400全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀,儀器測(cè)試精度為0.01 mg/L,誤差不超過5%。依據(jù)《海岸帶地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》[29],將海(咸)水入侵進(jìn)行確定并對(duì)其程度分級(jí)(表1)。土壤地球化學(xué)測(cè)定項(xiàng)目主要為鹽漬土的全鹽量測(cè)試,檢測(cè)儀器為Axios熒光光譜儀,儀器測(cè)試精度為0.1×10-6,誤差不超過5%。根據(jù)土壤鹽漬化分級(jí)指標(biāo)①山東省國(guó)土資源廳.1∶50000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求,2017.,將研究區(qū)內(nèi)的土壤鹽漬化分為四級(jí)(表2)。

表1 海(咸)水入侵劃分指標(biāo)及等級(jí)[29]Table 1 Classification standards and grades of seawater(saltwater)intrusion[29]

表2 土壤鹽漬化分級(jí)指標(biāo)及等級(jí)(%)① 山東省國(guó)土資源廳.1∶50000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求,2017.Table 2 Classification standards and grades of soil salinization(%)①

根據(jù)萊州灣南部各水源地地下水水文地質(zhì)單元類型及開發(fā)利用狀況,布置淺層地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)27個(gè)、基巖裂隙地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè)進(jìn)行地下水水位監(jiān)測(cè)。地下水位統(tǒng)測(cè)在2016年枯水期(4—5月)、豐水期(9—10月)進(jìn)行,觀測(cè)水位標(biāo)高及地面埋深。觀測(cè)工具為SWJ-鋼尺水位計(jì),SDW-溫度計(jì),測(cè)鐘、測(cè)繩、電線、萬用表、普通溫度計(jì)等。在搜集多年地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上,對(duì)原始數(shù)據(jù)資料進(jìn)行水位標(biāo)高及地面埋深計(jì)算,分析地下水超采漏斗的分布范圍和發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié) 果

3.1 海(咸)水入侵

萊州灣南部沿海地區(qū)海(咸)水入侵程度由北向南逐漸減弱。壽光營(yíng)里鎮(zhèn)、侯鎮(zhèn),寒亭固堤、蕭家營(yíng)子鎮(zhèn),昌邑卜莊鎮(zhèn)、柳疃鎮(zhèn)一線以北為重度入侵區(qū),Cl-質(zhì)量濃度一般＞5 g/L,最高可達(dá)111 g/L,礦化度多＞6 g/L,最高可達(dá)194 g/L,入侵面積2 157.96 km2,入侵幅度最大出現(xiàn)在虞河中下游;向南為中度入侵區(qū),Cl-質(zhì)量濃度0.5～1.0 g/L,礦化度1.5～3.0 g/L,入侵面積423.7 km2,入侵幅度最大出現(xiàn)在白浪河西部和虞河中游;最南部為輕度入侵區(qū)和無入侵區(qū),輕度入侵幅度最大分別出現(xiàn)在研究區(qū)的東部、中部和西部地區(qū),其中以濰坊市區(qū)西側(cè)最為顯著(圖3)。萊州灣南部沿海地區(qū)海(咸)水入侵范圍和程度分布與海岸線具有較好的一致性,重度和中度入侵幅度最大分別對(duì)應(yīng)正對(duì)萊州灣口的兩條河流—白浪河和虞河(圖3)。

目前,研究區(qū)海(咸)水入侵呈減退趨勢(shì),2016年重度海(咸)水入侵面積比2015年明顯減少,但在寒亭固堤一帶海(咸)水入侵仍在加強(qiáng)(圖3)。2013年以來萊州灣南部遭遇了連年干旱,旱情較為嚴(yán)重,屬枯水年份[25]。2012—2015年連續(xù)的枯水年,降雨量持續(xù)下降,導(dǎo)致地下水位下降。降雨量的不足會(huì)導(dǎo)致對(duì)人類活動(dòng)地下水需求的增大,從而增加地下水的抽取量,進(jìn)一步降低地下水位,并加劇海水入侵。同時(shí),中國(guó)沿海海平面在2012—2015年處于30多a來的高位[15],對(duì)該地區(qū)海水入侵速度和入侵幅度也會(huì)造成一定的影響。降雨量的下降,地下水的加大開采以及海平面的高位的綜合作用,是導(dǎo)致研究區(qū)2015年海(咸)水入侵面積高于2016年的重要影響因素。隨著枯水期結(jié)束,降雨量升高,地下水需求減少以及海平面相對(duì)降低,該地區(qū)海水入侵狀況開始緩解。

圖3 萊州灣南部沿海地區(qū)海(咸)水入侵Fig.3 The range of the saltwater intrusion on the coastal regions of southern part of the Laizhou Bay

3.2 地下水超采漏斗

目前,萊州灣南部地區(qū)存在4個(gè)比較大的地下水超采漏斗,從西向東分別為壽光漏斗、留呂漏斗、濰寒漏斗和昌邑漏斗,其中壽光漏斗和濰寒漏斗圈閉面積較小,而留呂漏斗和昌邑漏斗圈閉面積較大,昌邑漏斗存在2個(gè)降落中心(圖4)。1)壽光漏斗位于壽光市區(qū)附近,形成于1983年。該漏斗自形成至今,形狀及展布方向基本沒變,隨漏斗內(nèi)各部位開采量的不同,中心點(diǎn)時(shí)有位移。2016年豐水期漏斗中心水位-28.64 m,漏斗以-20 m 線封閉,面積28.99 km2。2)留呂漏斗位于壽光市留呂鄉(xiāng),形成于1983年。該漏斗自形成后,漏斗中心位置和漏斗面積不斷變化,但形狀及展布方向變化不大。2016年豐水期漏斗中心水位-35.65 m,漏斗以0 m 封閉,面積為112.63 km2。3)濰寒漏斗位于濰坊市東部的濰寒水源地區(qū),形成于1983年。濰寒漏斗自形成至今,漏斗中心位置、地下水位及漏斗面積變化不大。2016年豐水期漏斗中心水位為-7.49 m,漏斗以0 m 線封閉,面積為5.67 km2。4)昌邑漏斗位于昌邑市附近,形成于1984年。目前,昌邑漏斗存在南北2個(gè)漏斗中心,2016年豐水期2個(gè)漏斗中心水位均為-39.70 m,以0 m 線封閉的漏斗面積為109.10 km2,形狀為近南北向的橢圓形。

圖4 萊州灣南部地區(qū)地下水超采漏斗2016年豐水期(8月)分布形態(tài)Fig.4 Distribution pattern of groundwater over-exploited funnel of the southern part of the Laizhou Bay in the wet season of the year 2016(August)

3.3 鹽漬土

萊州灣南部地區(qū)土壤鹽漬化程度呈由北向南減弱的趨勢(shì)(圖5)。北部濱海平原地區(qū)是土壤鹽漬化程度最嚴(yán)重的區(qū)域,其中鹽土(全鹽量＞0.8%)面積約325.54 km2,主要分布在壽光市羊口鎮(zhèn)至濱海區(qū)大家洼一帶,東部膠萊河河口地區(qū)有少量分布;強(qiáng)度鹽漬化土壤(全鹽量0.4%～0.8%)面積約461.28 km2,主要分布在鹽土區(qū)的外圍,在中部和南部地區(qū)存在三塊強(qiáng)度鹽漬化土壤斑塊出現(xiàn)。中度鹽漬化土壤(全鹽量0.2%～0.4%)面積約2 451.24 km2,分布區(qū)域除強(qiáng)度鹽漬化土壤區(qū)外圍之外,壽光-昌樂、濰坊市周邊、高密市北部、安丘市東部及諸城市南部及西部地區(qū)也有分布。

圖5 萊州灣南部地區(qū)土壤鹽漬化程度分布Fig.5 The distribution of the degree of soil salinization of the southern part of the Laizhou Bay

4 討 論

4.1 海(咸)水入侵

萊州灣南部地區(qū)海(咸)水入侵受水動(dòng)力條件和水文地質(zhì)條件的控制[30],出現(xiàn)順層侵染和現(xiàn)代河床入侵兩種方式。

晚更新世以來全球氣候波動(dòng)及海平面升降,在萊州灣南部地區(qū)發(fā)育了三期海相地層[31],形成海陸交互相沉積,并發(fā)育埋藏古河道以及古湖泊,呈條帶狀東西向展布[31-35]。埋藏古河道以沙類沉積物為主,連續(xù)性好,顆粒粗,透水性強(qiáng),容易引發(fā)較快的海水入侵[31-33,36]。在陸地淡水長(zhǎng)期過量開采和補(bǔ)給不足,淡水水位較低時(shí),海(咸)水會(huì)沿海相地層或埋藏古河道入侵淡水含水層,產(chǎn)生海(咸)水入侵。20世紀(jì)70年代以來,研究區(qū)南部多條河流上游均建有水庫(kù),地表水被大量攔截;降水減少,河流下游地區(qū)地下水的補(bǔ)給大大減少[16];沿海平原地區(qū)地下淡水和濱海鹵水資源的過量開采等導(dǎo)致了研究區(qū)地下水位大幅度下降,打破了咸淡水界面的動(dòng)態(tài)平衡,使得地下水向反方向(取水中心)徑流,海水或咸水沿海相地層或埋藏古河道入侵淡水含水層(圖6a)。

圖6 萊州灣南部地區(qū)海水入侵模式Fig.6 Pattern of seawater intrusion at the southern part of the Laizhou bay

萊州灣南部重度和中度入侵幅度最大分別對(duì)應(yīng)于正對(duì)萊州灣口的2條河流——白浪河和虞河(圖3),推測(cè)這是受到現(xiàn)代河床入侵的結(jié)果。萊州灣是一個(gè)內(nèi)凹型海灣,灣口小,灣內(nèi)大,渤海潮流系統(tǒng)受口門的約束作用,潮流主軸方向垂直于灣頂,與岸線大致垂直[28](圖2),對(duì)萊州灣南岸尤其是正對(duì)灣口的河流造成直接影響。萊州灣南部濱海地區(qū)為粉沙淤泥質(zhì)海岸,潮灘寬闊,地勢(shì)低平,容易受到潮波和風(fēng)暴潮作用的侵襲。白浪河、虞河-堤河入?？谖鱾?cè)的開敞方向?yàn)镹NE,東側(cè)為NNW,岸外為萊州灣,來自外海的外動(dòng)力作用(潮汐、波浪和沿岸流)直接影響本地的海岸,漲潮或者風(fēng)暴潮爆發(fā)時(shí),海水會(huì)沿低洼的現(xiàn)代河床大幅度上溯入侵。萊州灣南部地區(qū)地勢(shì)平坦,由南向北地面標(biāo)高逐漸降低至海平面,內(nèi)陸區(qū)與濱海區(qū)無明顯的地勢(shì)優(yōu)勢(shì),含水砂層與海岸砂層相連通,無致密堅(jiān)硬巖層阻隔,水平防護(hù)條件較差,海水易沿現(xiàn)代河床侵染地下水,產(chǎn)生海(咸)水入侵(圖6b)。近年來,研究區(qū)降水普遍較少、上游水庫(kù)攔截以及河床內(nèi)挖沙,導(dǎo)致現(xiàn)代河床及河道徑流大大降低,進(jìn)一步加劇了海水沿現(xiàn)代河床的侵染速度。

4.2 地下水超采漏斗

萊州灣南部漏斗分布區(qū)地下水需求量大且集中[9],開采量對(duì)地下水下降貢獻(xiàn)度為54.7%[24]。大氣降水和河水補(bǔ)給占地下水來源的70%左右,超采漏斗面積的縮放與降水量密切相關(guān)[9,24]。20世紀(jì)80年代以來,南部河流上游修建水庫(kù),沿途農(nóng)業(yè)灌溉用水造成截流,導(dǎo)致河流徑流量減少,降低下游地區(qū)地下水的補(bǔ)給。萊州灣南部地區(qū)地下水超采漏斗產(chǎn)生的主要原因是長(zhǎng)期的地下水消耗量大于補(bǔ)給量,地下含水層儲(chǔ)水被持續(xù)性消耗而得不到有效補(bǔ)充,引起區(qū)域性地下水位持續(xù)下降。

海(咸)水入侵幅度與超采漏斗的面積呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系,海水入侵幅度最大處對(duì)應(yīng)面積較小的濰寒漏斗,而較大的呂留漏斗和昌邑漏斗處海水入侵幅度相對(duì)較小(圖7)。濰寒漏斗處于虞河和白浪河附近,兩河正對(duì)萊州灣潮波系統(tǒng),受到的潮流作用最強(qiáng),漲潮或者風(fēng)暴潮作用下,海水沿現(xiàn)代河道入侵而補(bǔ)充地下水,限制了濰寒漏斗的發(fā)展。呂留漏斗和昌邑漏斗則處于相對(duì)不易引發(fā)海水入侵的地區(qū),可以維持相對(duì)較大的面積。

4.3 鹽漬土

萊州灣南部沿岸地區(qū)土壤鹽漬化受海(咸)水入侵和人類活動(dòng)共同影響。鹽土和強(qiáng)度鹽漬化土壤主要分布于西北部和東北部濱海平原區(qū),向南部、向中部鹽漬化降低(圖5)。海水入侵幅度較大的中部沿海地區(qū),海水入侵較為分散,鹽度集中度小,其沿海地區(qū)土壤鹽漬化程度較低,而海水入侵幅度相對(duì)較小的西北和東北部地區(qū),海水入侵較為集中,鹽度集中度大,其沿海地區(qū)土壤鹽漬化程度較高。濱海地區(qū)海水養(yǎng)殖,曬鹽,農(nóng)業(yè)灌溉和海岸工程建設(shè)等活動(dòng)會(huì)把海水引入南部陸地,海水除了補(bǔ)給地下淡水外,大量的鹽分也滯留在土壤中,形成鹽土或者強(qiáng)度鹽漬化土壤。研究區(qū)西北部和東北部濱海地區(qū)海岸工程修建較早,也導(dǎo)致該地區(qū)土壤鹽漬化程度較高。

鹽土和強(qiáng)度鹽漬化土壤除了分布在濱海平原地區(qū),在濰寒漏斗附近也存在2個(gè)面積較小的強(qiáng)度鹽漬土斑塊(圖5)。我們推測(cè)濰寒漏斗受到海水入侵的影響,地下水得到鹽度較大海水的入滲和補(bǔ)給,漏斗面積的發(fā)展受到限制,然而,當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)抽取受到海水入侵影響的高鹽度地下水進(jìn)行灌溉時(shí),會(huì)加劇土壤鹽漬化問題。濰寒漏斗處于虞河和白浪河附近,容易發(fā)生海水入侵,在其南北兩側(cè)存在2個(gè)強(qiáng)度鹽漬土斑塊。呂留漏斗和昌邑漏斗則處于相對(duì)不易引發(fā)海水入侵的地區(qū),其附近的土壤鹽漬化程度也相對(duì)較小。虞河和白浪河由于正對(duì)萊州灣,是現(xiàn)代河床入侵最為嚴(yán)重的地區(qū),研究區(qū)中部和南部地區(qū)存在的3塊強(qiáng)度鹽漬化土壤斑塊,均位于虞河和白浪河流域。

4.4 環(huán)境地質(zhì)問題綜合分析

綜上所述,海(咸)水入侵、地下水超采漏斗和鹽漬土是萊州灣南部地區(qū)的主要環(huán)境地質(zhì)問題(圖7),三者之間存在復(fù)雜的相互作用和內(nèi)在聯(lián)系。自然環(huán)境變化(海平面上升、潮流和風(fēng)暴潮增強(qiáng)、降雨量下降、徑流減少)和人類活動(dòng)(地下水超量開采(工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活)、水庫(kù)修建)等是引發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題的主要因素。地下水超量開采受降雨量下降、徑流量減少、地下水咸化以及工農(nóng)業(yè)發(fā)展等多種因素的控制,是研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題的核心影響因素[16,22,37-38]。自20世紀(jì)80年代以來,隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,各地取用水量逐步增加,對(duì)地下水資源過度開發(fā);同時(shí)萊州灣南部地區(qū)的持續(xù)性干旱,地下水得不到有效的補(bǔ)充,導(dǎo)致地下水水位長(zhǎng)期處于下降趨勢(shì),萊州灣南部地區(qū)形成地下水降落漏斗并逐步加大、加深[16,22]。地下水超采漏斗的形成,造成了地下淡水水位低于海平面,改變沿海地區(qū)咸淡水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡,使得其界限向陸地移動(dòng),發(fā)生海水入侵[16,22]。海水入侵會(huì)補(bǔ)充地下水,限制超采漏斗的發(fā)展,但會(huì)導(dǎo)致地下水咸化,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抽取高鹽度地下水進(jìn)行灌溉會(huì)引發(fā)土壤鹽漬化問題[38]。萊州灣南部地區(qū)咸淡水界限與水澆地分布北界相一致,而海(咸)水入侵與沿海地區(qū)土地開發(fā)利用密切相關(guān)[39],沿海地區(qū)人類活動(dòng)(主要是抽取地下淡水)對(duì)海(咸)水入侵的影響占70%以上[22]。鹽漬化土壤中的鹽分向周圍滲透會(huì)進(jìn)一步咸化淺層地下淡水資源,降低地下淡水的供給,如若滿足正常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求,則需增加地下水的開采,會(huì)進(jìn)一步加大海(咸)水入侵和地下水超采漏斗的規(guī)模[38,40]。

圖7 萊州灣南部沿海地區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題綜合評(píng)價(jià)Fig.7 Comprehensive evaluation of environmental geology problem on the coastal regions of southern part of the Laizhou Bay

目前,在全球氣候變暖、海平面上升引發(fā)海(咸)水入侵;人口增加,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,對(duì)水資源需求量增大等背景下,我們還不能從根本上解決這些環(huán)境地質(zhì)問題,但是可以采取一定的積極措施來緩解環(huán)境地質(zhì)問題的進(jìn)一步發(fā)展[37]。

目前萊州灣南部地區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題發(fā)展整體趨緩,部分地區(qū)有改善的現(xiàn)象,但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,解決或緩解該地區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題關(guān)鍵在于解決地下水超采問題。首先,要合理布局地下水開采,調(diào)整用水布局,采取分散開采的策略。其次,要合理利用地下水資源,積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí),引進(jìn)和建立節(jié)水型工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè),減少日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的用水量,積極開展循環(huán)利用措施;充分利用當(dāng)?shù)赜晁Y源,濰河、白浪河、彌河沖洪積扇水文地質(zhì)條件較好,含水層厚度大、顆粒粗,具有很好的儲(chǔ)蓄水能力,在其中下游修建攔水工程,減少大氣降水入海量,并將水引入適當(dāng)位置;在南部山區(qū)開展水土保持工作,減少降水流失量,以增加對(duì)北部下游區(qū)的地下水徑流補(bǔ)給。在虞河、堤河和白浪河河口及其之間岸段建設(shè)防潮堤、防潮閘,可以有效防范海平面上升、潮波和風(fēng)暴潮等作用把海水?dāng)y帶到陸地造成海(咸)水入侵。對(duì)已有的防潮堤、防潮閘則需進(jìn)行維護(hù)或加固,提高其防范災(zāi)害的等級(jí)。對(duì)于已經(jīng)鹽漬化的土壤,采取水利改良、化學(xué)改良、物理改良等積極手段進(jìn)行改造[41-43],保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。建設(shè)比較系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò):統(tǒng)一沿海地區(qū)監(jiān)測(cè)井的管理;加強(qiáng)環(huán)境地質(zhì)問題的監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

5 結(jié) 語

萊州灣南部沿海地區(qū)的環(huán)境地質(zhì)問題主要有海(咸)水入侵、地下水超采漏斗、鹽漬土。

海(咸)水入侵的程度由北向南逐漸減弱,壽光營(yíng)里鎮(zhèn)、侯鎮(zhèn),寒亭固堤、蕭家營(yíng)子鎮(zhèn),昌邑卜莊鎮(zhèn)、柳疃鎮(zhèn)一線以北區(qū)域?yàn)橹囟热肭謪^(qū),向南依次為中度入侵區(qū)和輕度入侵區(qū);2016年海(咸)水入侵界線在壽光市道口鎮(zhèn)-寒亭區(qū)固堤鎮(zhèn)-昌邑市卜莊鎮(zhèn)一線,入侵面積達(dá)2 157.96 km2;海(咸)水入侵主要有順層侵染和現(xiàn)代河床入侵兩種方式;

地下水超采漏斗主要有有牛頭鎮(zhèn)-壽光、留呂、濰寒及昌邑四個(gè)漏斗,這4個(gè)漏斗已發(fā)展成近東西向區(qū)域性漏斗群帶,總面積約387.4 km2。超采漏斗會(huì)引發(fā)海水入侵,限制自身面積發(fā)展。

土壤鹽漬化程度整體上呈由北向南減弱的趨勢(shì),受海水入侵和人類生產(chǎn)活動(dòng)的共同影響,鹽土和強(qiáng)度鹽漬化土壤主要分布在研究區(qū)東北部和西北部濱海地區(qū),中度鹽漬化土壤主要分布于強(qiáng)度鹽漬化土壤區(qū)外圍。抽取受海水入侵影響的高鹽度地下水進(jìn)行灌溉是土壤鹽漬化的重要影響因素。

長(zhǎng)期超量開采地下水是導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)問題主要原因。全球氣候變暖海平面上升、降水減少、流域水庫(kù)建設(shè)和海岸帶地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)等是環(huán)境地質(zhì)問題的重要影響因素。環(huán)境地質(zhì)問題的防治應(yīng)采取多種手段,開展綜合治理,包括合理開發(fā)利用地下水資源;修建防潮堤、防潮閘;開展南部山區(qū)水土保持工作,減少降水流失;建立系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),加強(qiáng)環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)警等。