1、1锦州市海(咸)水入侵特征及防治方法【摘要】：海（咸）水入侵是指由于陆地淡水水位下降而引起的海（咸）水直接侵染地下淡水层的一种环境地质恶化现象，它是人类在沿海地区的社会活动导致的一种人为自然灾害。海（咸）水入侵是由自然和社会环境中诸多因素长期共同作用的结果，其中最直接的原因是地下水位的持续下降和降水的严重不足。 锦州市分布着漫长的海岸线，多年来，由于大量开采地下水，导致许多沿海地区发生海（咸）水入侵，使淡水资源遭受不同程度的破坏，成为沿海地区最为突出的环境地质问题。锦州市辖区内海（咸）水入侵面积约 378km2，入侵内陆最大距离 79km。 海（咸）水入侵对沿海地区的工、农业发展和城乡供水水源
2、以人民群众身心健康，产生很大的危害，已经影响到了当地的国计民生！ 【关键词】:锦州市海（咸）水入侵产生的危害防治措施 中图分类号：P734.2 文献标识码：A 文章编号： 1.引言 海（咸）水入侵是指由于陆地淡水水位下降而引起的海（咸）水直接侵染地下淡水层的一种环境地质恶化现象，它是人类在沿海地区的社会活动导致的一种人为自然灾害。海（咸）水入侵是由自然和社会环境中诸多因素长期共同作用的结果，其中最直接的原因是地下水位的持续2下降和降水的严重不足。 锦州市位于渤海之滨，分布有长约 97.7km 海岸线（图 1） 。多年来，由于大量开采地下水，导致许多沿海地区发生海水入侵，使淡水资源遭受不同程度的
3、破坏，成为沿海地区最为突出的环境地质问题。 特别在上世纪 80 年代以来，随着沿海地区人口日益增长和社会经济的快速发展，对地下水的需求大量增加，地下水开发利用程度愈来愈高，从而引起的海水入侵、地下水超采等地质环境问题，已成为制约地下水水源可持续开发利用的主要因素。 2.海岸地貌特征 锦州市沿海海岸地貌可划分为基岩海岸、泥质海岸岸和砂砾海岸三大基本类型。 2.1 基岩海岸 锦州市沿海基岩海岸断续分布于辖区内的西海口三角山地段，总长度 19.5km。该类海岸属辐聚型高能海岸，处于强烈侵蚀后退过程中。各种海蚀地貌发育，海蚀平台、海蚀拱桥，海天窗以及崩塌滑坡体多见。海滨岩溶地貌也较发育。堆积地貌不发育
4、，有狭窄的高角度砾石滩、碎石滩及连岛坝等。 2.2 泥质海岸 该类型海岸主要分布于三角山至大凌河河口，由河口三角洲组成，总长 78.2km。每年承受大凌河、小凌河等大小河流入海泥砂的补给，并在湾顶部落淤，形成宽 45 km 的大潮滩。沿岸陆地高程为小于 3 m 的3冲海积平原，地势低缓坦荡，河叉纵横，湖、塘、泡、沼湿地广布。根据岸线形态可进一步划分出多个次一级别的中小型海湾。从西到东可大体划分出娘娘宫、建业、大有等海湾。 2.3 砂砾海岸 砂砾海岸断续分布于基岩海岸其间，物质来源依靠季节性河流的间歇性补给，沿岸广布着宽大而连续的沙质或沙砾混合质岸堤群。 3.海（咸）水入侵分布及成因 锦州市辖区
5、内海水入侵灾害主要分布在娘娘宫北二沟义合屯安屯一线以南，地处大小凌河扇前缘地带。按其入侵水源类型的不同，可分为海水入侵和咸水入侵两种类型。 3.1 海水入侵灾害分布及成因 海水入侵灾害主要分布于娘娘宫镇和建业乡的南部地区，系小凌河冲积扇前缘滨海地带及小凌河入海口，灾害分布面积 98.74km2。锦州市天桥镇西海口村海水入侵分布范围较小，面积仅 8.73km2。 该区含水层岩性单一，为砂、圆砾或卵石层，粘性土夹层少，水力性质为潜水及微承压水，地下水与海水水力联系密切，海水通过沙质海滩及小凌河故道、潮沟渗入区内。由于低于海平面的含水层没有隔水层阻挡，海水沿含水层向内陆呈楔形侵入到淡水体下部（图 2
6、） ，形成上淡下咸型水质结构，咸淡水赋存于同一含水层中，咸淡水界面向内陆倾斜，界面依赖于咸淡水压力平衡保持动态稳定性，是极易引发海水入侵地区。由此可见，自然因素是该区海水入侵的前提条件。人为因素是该区海水入侵加剧的决定性条件，其中过量开采地下淡水是最主要、最直接的原4因。前已叙及，区内共有大小水源地 16 处，年开采量 26653 104m3。 由于集中、过量开采地下淡水，使得区域形成大面积的降落漏斗，漏斗中心水位降至海平面以下 3.74m。咸淡水边界淡水水位下降，淡水与咸水压力天然平衡状态受到破坏，从而引发海水入侵，咸水埋藏深度变浅，界面内移。另外养虾、晒盐、海蛰的加工处理及河道管理不善等人
7、为活动，对海水入侵也起着不同程度的促进作用。 3.2 咸水入侵灾害分布及成因 区内咸水入侵灾害主要分布于大有、西八千、安屯等乡，系大凌河冲积扇前缘滨海地带，灾害分布面积 271.09km2。该区含水层具多层结构，岩性以粗砂、中砂、细砂为主，粘性土夹层多，为承压水区，咸、淡水体与海水之间均为粘性土所隔，见剖面图（图 3） ，地下水与海水无直接水力联系。其咸水的形成和分布受第四纪以来海浸和区内地下水开采的影响。第四纪海积层呈多层超覆分布，控制了咸水的空间分布，形成了东部沿海地区大面积浅层咸水体超覆于淡水体之上的分布格局。每次海积层中保留了原来沉积水，同时在古水文地质条件下，海水必然浸入下部含水层中
8、，使原来的淡水咸化，咸水的分布复杂化。在人为因素影响下，由于淡水过量开采，或者在咸淡水垂向分布不清的情况下，盲目打井，止水部位不准确，导致咸水入侵灾害。 4.海（咸）水入侵的影响因素及演化和发展 影响海（咸水）入侵的基础因素主要有含水介质岩性、结构、厚度、5渗透性地下水的水力性质等水文地质条件。而人类以海滨地区或咸淡水边界地区过量开采地下淡水是引发海（咸）水入侵的决定性因素。 锦州市沿海地区海（咸水）入侵区多发生在泥质海岸段和砂砾海岸段，滨海堆积物以泥砂质为主，与海水联系密切，在状态下，具有较稳定的咸淡水界面。但在咸淡水边界附近长期大量开采地下淡水，在开采区形成地下水降落漏斗，当漏斗的边界扩展
9、到自然状态下的咸淡水界面时，就发生了海（咸）水入侵。 从海（咸）水入侵的演化和发展上，可以说明海（咸）水入侵与地下淡水开发的关系。 锦州市的沿海地区，自上世纪 60 年代初就有小规模海（咸）水入侵发生；到 70 年代随着工农业的发展，淡水需求量增加，海（咸）水入侵面积逐年扩大；到 80 年代末至 90 年代初期，随着沿海经济的开发，淡水需求量进一步增加，同时取水制度及水资源管理制度尚未健全，海（咸）入侵的面积也出现了高峰，海水入侵总面积达到 335km2；到了 90年代末期，随着用水制度的健全和科学化的管理，海（咸）入侵基本上得到了控制，只在局部略有增加。 5.海（咸）水入侵的危害 辽宁省西部
10、沿海地区海（咸）水入侵已引起地下水水质恶化，对地方政府国民经济发展和社会环境已造成巨大危害，成为困扰当地政府的环境地质问题。其危害主要表现在对沿海地区的工、农业发展和城乡供水水源以人民群众身心健康等方面。农业方面：由于海（咸）水入侵，地下水被咸化，土壤产生不同程度的盐渍化，大批机民井变咸报废，丧6失灌溉能力，造成农业产量大幅度下降；工业方面：海（咸）水入侵后，地下水咸化，导致一些工矿企业的大批自备供水井报废，给工矿企事业造成很大损失；城乡供水源方面：海（咸）水入侵范围的不断扩大，直接威胁着锦州、葫芦岛、盘锦三市的供水水源地的安全，从而影响三市人民的生活用水问题；人民群众身心健康方面：海（咸）水
11、入侵后，造成近海地区生活用水发生困难，有些村屯或乡镇不得不饮用劣质水，使得一些诸如甲状腺肿、氟骨病、氟班牙、肝病等疾病的发病率显著增高，严重者丧失劳动能力，对其身心健康造成很在的危害。因此，辽宁省西部沿海地区的海（咸）水入侵已经影响到了当地的国计民生！ 5.1 海水对地下淡水的入侵影响及其危害 从动力学角度，借鉴德国学者提出的利用“虚拟含水层”研究自然衰减过程的方法，其基本理念便是利用典型的污染方案来模拟和评估自然衰减过程。引申到海水入侵的模拟中，便是利用典型的或概化的条件来模拟海水入侵发展的机理过程。如 Henry 问题描述的是承压含水层中未受污染的淡水遭受海水入侵的情况，具有普遍性。而 H
12、uyakorn 问题描述的是滨海潜水含水层仅受降水补给和内陆地下淡水补给条件下的入侵情况，也是理想状态。 利用“虚拟含水层”的研究方法，对二维含水层的水文地质条件进行概化，给出一定的参数值，考虑多种组合方案下的海水入侵： （1）不同开挖深度条件下的海水入侵趋势。 （2）不同工程防护（底质、岸坡）条件下的海水入侵趋势。 7（3）不同组合条件下的海水入侵趋势。 在海水入侵趋势预估的基础上，初步评价危害。 5.2 沿岸海水入侵防治工程适宜性研究 根据不同水文以及水文地质条件，研究防治工程的适宜性，根据各水文及水文地质单元，重点对以下几种海水入侵的防治方法开展适宜性研究工作。 （1）地下截渗墙防治海水
13、入侵适宜性。 （2）垂直铺塑防治海水入侵适宜性。 （3）振动沉模板墙防治海水入侵适宜性。 （4）淡水帷幕及地下水回灌防治海水入侵适宜性。 6、海（咸）水入侵的防治措施 对海（咸）水入侵的防治，主要从以下几方面进行： 1.合理开采淡水资源 在咸淡水界面 1km 地带内严禁兴建常年性开采水源地，关闭部分受海（咸）水入侵威胁地段内的供水井和水质变异的水井，采取定期停采、轮换开采等方式，促进地下淡水水位回升，使咸淡水界面稳定。2.人工回灌淡水 利用回灌井、沟渠、坑塘、湖等蓄水引渗向含水层中注入淡水，提高地下水水位，以淡压咸，即可增加淡水资源，又可起到防止水质咸化作用。 3.反抽截流 8在海（咸）水入侵
14、区布置截流井，抽取海（咸）水降海咸水水位，阻止海（咸）水向淡水区入侵。 4.修建拦蓄水工程 选择适当的地段（如河流入海口地段） ，修建地上、地下截渗墙，封堵海（咸）水与地下、地表淡水联系通道，采用截、蓄、排相结合，把汛期洪水截流拦蓄在地表、地下，进行小区域综合治理，实现地下水与地表水联合调度，防止海（咸）水入侵。 5加强科学化管理 加强淡水资源开发科学化管理力。对海（咸）入侵实施监测，从而为科学化的管理提供论据。加强陆上海水养殖及扩建盐田管理，采取坚决措施，禁止提灌大量海水入陆地。 7、海水入侵防治对策研究 实际上，不合理地开采地下水（包括过量开采与布井不合理）是导致海水入侵的直接原因，其问题
15、的实质是水资源供需失调。因此防治海水入侵的重点在于“防” 。在我国，海水入侵危害仅在部分地区比较严重，如环渤海地区，多数滨海地区刚开始有海水入侵的苗头，因此进行超前的以防止海水入侵为目的海水入侵研究，具有十分积极的意义。从地下水循环（补径排）角度来看，防治海水入侵的核心是：增加地下淡水补给量，减少地下淡水排泄量，限制地下水开采量。因此，海水入侵的防治措施可分为开源节流、阻挡咸水（海水） 、适应性生态改良等。 开源节流，即增加地下淡水补给量，减少地下淡水排泄量，限制地下水开采。增加补给和减少排泄的方式有：兴建拦蓄补源性工程，包9括各种人工渗沟、渗渠、渗井与拦蓄闸坝等。在海水入侵严重的地区，可充分
16、利用汛期降水，在河槽不同地段修建人工渗沟、渗渠、渗井，以加快地表水入渗，迅速转化成地下水。另外，在不同河段位置上修筑拦河闸坝，使河水尽量沿途入渗补给地下水，以减少地表径流入海。兴建以淡水帷幕工程为基础的地下水库。建立以沟渠入渗为主，回灌井、回灌渠或井、渠结合等的淡水入渗帷幕和补源方式，在下游平行于海岸修筑挡水屏障，从而形成地下水库。兴建跨流域调水工程。限制地下水开采，合理开发利用地下水，其主要手段是对滨海地区地下水资源进行全方位（时间、空间）的管理，以不发生海水入侵为前提，以地下水模型为依据，确定允许开采量，调整地下水开采布局。另外，将传统垂直抽水井改变为水平集水方式，如水平集水廊道或辐射井等
17、井型，可以有效地减小抽水引起的浓度升锥，从而减缓海水入侵。也可在海岛淡水透镜体内开挖最小降深的截水廊道，如夏威夷、马里亚纳群岛等均有成功的经验。 阻挡海水入侵的水利设施有两类：地下帷幕和地表防潮设施。地下帷幕有 3 种类型，包括实体帷幕、水力屏障和地下充气墙。实体帷幕是在海水入侵通道较狭窄的地段修建地下连续墙，修建投资较大，但管理和维修费用较低，能够有效阻挡海水入侵，其缺点在于天然地下径流受阻引起的水质恶化和污染。水力屏障是在位于海水入侵前缘的内陆一侧，向钻孔中注水抬高地下水位形成一道淡水帷幕，阻挡海水的入侵。其注水速度越高，效果越好，但修建和管理费用高，且需补充水源，同时可能引起地下水的污染
18、。地下充气墙是指利用钻孔向含水层注入空气，在10淡水含水层与海岸之间形成人工空气墙，防止海水的入侵及淡水向海洋渗流，其最大优点是造价低，无需注水或泥浆即可形成挡水帷幕，也不会引起二次污染。 肖江等（2000）分析了理想条件下充气法在防止海水入侵问题中的应用。笔者认为，充气法防止海水入侵从理论上是可行的，但是运用到实际还需开展试验性研究。地表防潮设施主要包括拦潮坝、防潮堤与防潮闸工程。防潮堤可以有效阻挡现代海水的入侵；防潮闸坝既可以有效地阻止涨潮流顺河道上溯，又可以在缺水季节拦蓄淡水，增大河流的水头压力，减缓海水入侵的速度。 适应性生态改良是指适应海水入侵现状，进行海水入侵区生态改良试验，利用地
19、下微咸水或与淡水混合利用浇灌耐盐作物，分区治理，发展入侵区经济。在重灾区建立适合区域生态特点的农牧渔林良性循环的生态系统，建立盐业牧草带和浅海滩涂养殖带，积极推广养殖新技术，在充分利用盐业资源的基础上，发展畜牧业，改良土壤；对灾害威胁区，在利用现有的海水入侵灾害监测系统的基础上，及时调整水资源利用方向，发展节水型农牧业和工副业；在补给山区，以绿化和涵养水源为出发点，发展生态农业。 8、结论与建议 1、考虑密度变化影响的过渡带模型，是未来海水入侵数值模型发展的趋势。近年来，考虑到咸淡水混合过程中的化学反应作用以及含水层介质表面吸附（解吸）动力对盐分运移的影响，已有一些学者在水动力化学动力耦合方面做了积极的尝试。
