錦州市海水入侵現(xiàn)狀及成因分析

周 宇

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局）,遼寧 沈陽 110000）

海水入侵是濱海區(qū)地下咸水或海水在人為或自然因素作用下向陸地方向不斷擴侵,破壞淡水資源和海水-淡水平衡,并對入侵區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人畜生活用水造成影響的過程或現(xiàn)象,這種地質(zhì)災(zāi)害是由流體移動所引起的[1-2]。近年來,受人類活動影響海水入侵逐漸成為現(xiàn)代社會面臨的重要環(huán)境問題,特別是沿海地區(qū)面臨著日益嚴(yán)峻的海水入侵形勢[3]。世界各國沿海地區(qū)都在一定程度上存在海水入侵的現(xiàn)象,給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重制約。

錦州市是我國北方嚴(yán)重缺水城市之一,自1980年以來錦州沿海地區(qū)因過量開采地下水導(dǎo)致了海水入侵現(xiàn)象的發(fā)生。近幾年海水入侵日益嚴(yán)重,尤其在大小凌河扇地,隨著經(jīng)濟的發(fā)展取水量不斷加大,扇地內(nèi)采補嚴(yán)重失衡,地下水位下降,取水漏斗不斷加深和擴大,海水入侵嚴(yán)重地威脅著錦州工業(yè)生產(chǎn)和人民生活用水安全,為此有必要全面調(diào)查分析海水入侵現(xiàn)狀及成因。

1 研究區(qū)概況

1.1 氣象特征

錦州市地處遼寧省西南部,海岸線124 km,近海水域12萬hm2,總面積10301 km2。研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤氣候,降雨時空分布不均,年均降水量567 mm,其中60%～70%發(fā)生在夏季,高溫高濕、雨水集中,年均氣溫7.8℃～9.0℃。

1.2 水文地質(zhì)特征

研究區(qū)處華北地層區(qū),屬新華夏構(gòu)造體系,第二巨型沉降帶與第三巨型隆起帶過渡區(qū),地層發(fā)育出露齊全、巖體廣布、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。低山丘陵區(qū)出露地層以晚期居多,變質(zhì)巖分布面積相對較小,碳酸鹽巖呈條帶狀分布,礫巖、頁巖覆蓋于各構(gòu)造盆地。第四紀(jì)相對比較發(fā)育以黃土及黃土狀堆積為主,河流兩側(cè)發(fā)育沖積、沖洪積物。山丘表層多為黃土及風(fēng)化巖土,下部均由花崗巖、片麻巖、混合巖、火山碎屑巖等變質(zhì)系組成。平原區(qū)多由亞粘土及含礫中粗砂組成。

水量豐富區(qū)主要分布于大凌河、小凌河、女兒河、百股河扇地及邊緣地段,主要含水層巖性為沖洪積,河礫卵石,沙礫石,砂碎石等滲透性較好,含水層厚10 m～50 m。水量貧乏區(qū)、帶狀或零量分布山前一帶,含水層巖性為沙礫石混土及沙礫石、砂碎石透鏡體含水層1 m～5 m。

2 海水入現(xiàn)狀

2.1 海水入侵范圍核定

本文主要通過收集資料、化驗監(jiān)測井氯離子濃度以及引發(fā)問題調(diào)查3種方法來確定海水入侵范圍[4-6]。

2.1.1 收集資料方法

（1）收集水利部門以往監(jiān)測與評價成果、海侵普查及研究項目資料。收集2003年地下水大規(guī)模開發(fā)利用前（或已有更早時間的相關(guān)資料）、2011年海侵監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)成果及海侵區(qū)范圍圖。地下水大規(guī)模開發(fā)利用前的相關(guān)資料可以參考2003年遼寧省沿海地區(qū)海水入侵普查報告（或已有更早時間的相關(guān)資料）。

（2）收集國土資源部門和海洋漁業(yè)部門的監(jiān)測、調(diào)查評價資料。國土部門主要是地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站；海洋漁業(yè)部門主要是海洋漁業(yè)廳的下屬單位進行海侵監(jiān)測,每年海洋漁業(yè)廳發(fā)布上一年的《海洋環(huán)境狀況公報》。

2.1.2 實際監(jiān)測方法

通過化驗地下水氯離子濃度確定海侵區(qū)范圍的方法是確定海侵區(qū)范圍的通用方法,優(yōu)先采取此方法。為了調(diào)查海水入侵區(qū),需要在海岸線范圍內(nèi)科學(xué)合理的確定調(diào)查區(qū),所以海水入侵調(diào)查范圍要比海水入侵范圍大的多,需要全范圍、高密度的井點監(jiān)測資料,具體的調(diào)查步驟如下：

步驟1：根據(jù)以往監(jiān)測與評價成果或者通過走訪水利部門與當(dāng)?shù)厝罕?大致圈定發(fā)生海水入侵的邊界帶,該地帶至海岸線為海水入侵區(qū)。

步驟2：在大致圈定的海水入侵區(qū)布設(shè)監(jiān)測井網(wǎng)。在初步圈定的海水入侵區(qū)外邊界布設(shè)垂直于海岸線的監(jiān)測斷面,在監(jiān)測斷面附近尋找監(jiān)測井。各斷面應(yīng)布設(shè)3～5個監(jiān)測站,結(jié)合錦州市實際情況在海水入侵區(qū)、未入侵區(qū)和過渡帶布設(shè)3個監(jiān)測站。

步驟3：通過現(xiàn)場簡易滴定分析或者便攜式水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測,初步確定氯離子濃度。根據(jù)初步檢測結(jié)果,進行站網(wǎng)調(diào)整,最終確定取樣監(jiān)測井,進行取樣化驗。

對于取樣化驗,采用地下水井采樣時嚴(yán)格執(zhí)行《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》,取樣位置應(yīng)低于地下水面0.5 m；采用機井泵采樣時應(yīng)排出抽水管道中停滯的水,新水更替后再采樣；自留地下水應(yīng)在水流流出處或水流匯集處采樣；對于生產(chǎn)井,加氯前采樣,要保證水樣的代表性。樣品保存執(zhí)行《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》的要求,由于僅對水中Cl-進行分析,因此樣品可用2.5 L玻璃瓶采集,采集后在24 h內(nèi)盡快分析。根據(jù)有關(guān)要求要求,確定海水入侵區(qū)水質(zhì)監(jiān)測項目為Cl-,分析方法為硝酸銀滴定法。

步驟4：取樣檢測氯離子應(yīng)符合地下水質(zhì)監(jiān)測要求,監(jiān)測斷面上的監(jiān)測井要根據(jù)初步化驗結(jié)果調(diào)整監(jiān)測井距離,保證能繪制氯離子濃度等值線,氯離子濃度等值線至少要能確定250 mg/L～1000 mg/L濃度變化情況。

經(jīng)監(jiān)測,Cl-≥250 mg/L的范圍為海水入侵區(qū),劃定海侵區(qū)范圍要考慮當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件,不能通過僅有的幾個監(jiān)測井的監(jiān)測結(jié)果大范圍畫海侵區(qū),必須分析水文地質(zhì)條件、分析海侵的成因類型,將沒有地下水分布的基巖地區(qū)排除在外。另外,水文地質(zhì)情況可參考當(dāng)?shù)?∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖及區(qū)域水文地質(zhì)普查報告。

步驟5：同一個地點盡量在2個不同的井取樣化驗,如果出現(xiàn)臨近井水質(zhì)化驗結(jié)果差異較大的,要分析原因,或者補測、采用符合當(dāng)?shù)厍闆r的井的化驗結(jié)果。井點選用農(nóng)用井、機電井,為控制密度對相關(guān)區(qū)域現(xiàn)有的機電井盡可能地全面采樣,對井點稀少區(qū)域的廢棄井、蔬菜大棚井、民用大口井也進行調(diào)查采樣,并搜集地方自來水公司（地下水源）近年來有關(guān)水廠的水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)。

本次共在海侵疑似區(qū)進行了2次采樣及化驗,第一次為8月下旬,第二次為11月,兩次成果見表1、表2。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,按照Cl-濃度小于250 mg/L為無入侵區(qū),250 mg/L～1000 mg/L范圍為輕度入侵區(qū),大于1000 mg/L為嚴(yán)重入侵區(qū)[7]。

表1 海水入侵采樣化驗結(jié)果（8月下旬）

表2 海水入侵采樣化驗結(jié)果（11月）

2.1.3 引發(fā)問題方法

海侵區(qū)還包括由于海侵已經(jīng)產(chǎn)生實際問題的區(qū)域,所產(chǎn)生的問題主要是當(dāng)?shù)鼐用袼淳蚝Ｋ肭肿兂蔁o法飲用的咸水,由此導(dǎo)致的水井報廢；農(nóng)灌井變咸不能用于灌溉或者農(nóng)作物減產(chǎn)明顯；漁場養(yǎng)殖是否對周邊地下水水質(zhì)有影響等[8-10]。

2.2 海水入侵范圍核定

根據(jù)上述海侵區(qū)的確定方法,確定錦州市共有2處海侵區(qū),分別為錦州市區(qū)娘娘宮街道-松山街道-建業(yè)鎮(zhèn)沿海的部分村屯,凌海市大有街道的部分村屯。

2.3 海水入侵成因分析

根據(jù)海水入侵的方式及錦州海岸的砂質(zhì)構(gòu)造,錦州2處海侵為面狀入侵,錦州2處海水入侵加劇的主要原因除水文、地質(zhì)、渤海潮汐等自然因素外,還存在攔海養(yǎng)殖致使入海淡水量減少、地下水位下降、地下水超量開采以及人為提高海平面高度等自然因素,最終導(dǎo)致咸淡水過渡帶向內(nèi)陸地區(qū)移動[11-12]。其中,自然因素條件不僅為海水入侵提供了必要的客觀條件,更重要的是為海水入侵提供了入侵途徑和通道,控制著海水入侵的方向和程度；另外,隨著社會的發(fā)展,人類改造自然能力的提高,導(dǎo)致全球生態(tài)環(huán)境變化,新的因素又增加了海水入侵嚴(yán)重程度。

3 結(jié)論

本文采用收集資料、化驗監(jiān)測井氯離子濃度以及引發(fā)問題調(diào)查3種方法來確定錦州市海水入侵范圍,結(jié)果顯示錦州市共有2處海侵區(qū),分別為錦州市區(qū)娘娘宮街道-松山街道-建業(yè)鎮(zhèn)沿海的部分村屯,凌海市大有街道的部分村屯。錦州2處海侵區(qū)的入侵成因主要為沿岸水文地質(zhì)條件及海岸地質(zhì)組成,其次為人為因素。研究成果可以為錦州市制定海水入侵區(qū)地下水壓采目標(biāo)和措施提供科學(xué)參考,為壓減地下水超采量、嚴(yán)控地下水開采以及實現(xiàn)采補平衡提供一定支持。