海水入侵机理与防治措施 —以莱州湾地区为例

海水入侵机理与防治措施——以莱州湾地区为例姓名：111111111111学号：11111111111111专业：地下水科学与工程第一章前言1.1研究意义由于受全新世海侵、气候干旱、海平面上升以及不合理的人类活动的影响，莱州湾地区已成为我国海水入侵灾害最为严重和典型的区域。

近年来，在上述因素综合影响下，莱州湾地区海水入侵面积己超过4000km2，严重污染地下淡水资源，土壤次生盐渍化面积不断扩大，对海岸带区域的工农业生产和生态环境造成严重影响，海水入侵已成为该地区严重的环境问题之一和制约经济社会发展的重要因素。

可以预见，随着海岸带区域人口的增加、海平面的不断上升，莱州湾地区海岸带海水入侵灾害和淡水资源安全将面临更严峻的形势。

为有效降低海水入侵的危害程度，国家海洋局已把海水入侵监测纳入业务化系统，并以莱州湾地区为示范区，作为国家海洋环境质量公报的重要组成部分。

因此，选择海水入侵最为严重和典型的莱州湾地区，开展气候变化和人类活动对海水入侵影响机制的研究，建立莱州湾地区海水入侵预警技术体系，提出切实可行的防治措施，可为莱州湾地区及全国海岸带区域海水入侵灾害业务化运行提供关键技术支撑，并对海岸带地质灾害业务化预报及防灾减灾具有重要的科学理论意义。

1.2研究现状我国从20世纪80年代开始对海水入侵问题进行研究，中国科学院、南京大学、山东省水利科学研究所以及中国地质大学等单位的相关部门先后针对莱州湾地区的海水入侵问题展开研究，并取得了一定的成果。

如今，我国对海水入侵问题的研究己从简单的对海水入侵问题进行定性调查发展到对海水入侵灾害的模型化及定量化研究的程度。

国内学者对海水入侵的主要研究成果包括:韩再生对秦皇岛市北戴河地区的海水入侵问题以及对其问题的防治方案实现了数值模拟；薛禹群等在我国首先建立了适用于当地实际情况的三维海水入侵数学模型，该模型考虑了过渡带混合溶液密度变化、潜水面波动、过渡带过度抽水及降水入深等因素对海水入侵各个过程的影响，并通过该模型对莱州湾及龙口地区的海水入侵情况进行了系统的研究，结果准确、可靠，为地下水合理利用及预测咸水与淡水界面移动提供了科学依据。

成建梅等通过对海水入侵模型进行改进，运用改进的三维有限元海水入侵模型成功的对烟台市夹河地区的海水入侵过程进行了模拟。

尹泽生等对于莱州市滨海地区的海水入侵问题开展了综合防治研究，并对海水入侵通道的类型进行了划分。

周训等通过对广西北海市出现海水入侵地区的海水入侵分布情况、海水入侵变化范围以及氯离子含量等因素的分析，对该地区的海水入侵情况提出了防治对策。

第二章研究区概况2.1研究区范围莱州湾地区包括龙口、招远、莱州、平度、昌邑、潍坊、寿光和广饶等8个地市。

本文选择的研究区位于一渤海南侧莱州湾东、南沿岸地区，主要包括昌邑、潍坊和寿光地区以及莱州和平度的部分地区，总面积约8470km2。

如图2-1。

图2-1 研究区位置图2.2气象条件研究区属北温带大陆性季风气候区，气候干燥，兼具海洋性气候特征。

据1961-1990年8个气象站资料统计，莱州湾地区多年平均降水量为607mm，降水多集中在6-9月。

近SO年来，莱州市平均降雨量为593mm (1952-2003 ),潍坊市平均降雨量为628mm (1951-2008 )，寿光市平均降雨量为574mm (1956-2010 )。

最多降雨量发生在潍坊(1964)，达1300mm，最少降雨量发生在寿光(1981)，仅为304mm。

据I 959-2010年寿光气象站资料，研究区多年平均气温12.6 0C。

其中，最低气温出现在1月，月平均气温为3.1 0C , 7月温度最高，平均为26.4 0C;而历年平均极端最低气温在-15.60C，历年平均极端最高气温在37.7 0C。

由于气温较高，本区蒸发量较大，多年平均蒸发量为1859 mm (1959-2010 )，年最大蒸发量达到2169mm (1961年)。

一年中，1月和12月蒸发量最小，多年平均分别为43mm和47mm, 5月和6月蒸发量最大，多年平均为280mm。

2.3水文地质条件研究区内地下水的形成、赋存、水质、运动和分布变化等水文地质特征，主要受构造、地层、地貌、古地理、气候、水文等因素影响。

受上述因素影响，研究区内地下水水文地质特征在水平方向和垂直方向上均具有复杂而明显的变化。

李道高(1995)根据含水层的成因和分布、地下水类型和赋存条件、地下水水质、地貌条件等，将莱州湾东、南沿岸地区水文地质体划分为三个水文地质区和七个水文地质亚区，见图2-2。

即I全淡水区I1基岩裂隙水全淡水亚区I2松散孔隙水全淡水亚区II咸、淡水多层结构区II1松散类型孔隙水淡一咸二层结构亚区II2松散类型孔隙水淡一咸一淡三层结构亚区II3松散类型孔隙水咸一淡二层结构亚区III全咸水区III1莱州湾东岸松散岩类孔隙水咸水、半咸水亚区III2莱州湾南岸松散岩类孔隙水咸、卤水亚区全咸水区第一亚区位于莱州湾东岸，含水层厚3-6m,岩性为冲洪积相砂及海相砂沉积，该亚区含水层与海水之间具有水力联系，地下水矿化度>2.0 g/I.,第二亚区位于莱州湾南岸北部，地下水矿化度基本在2-50g/L，为潜水、微承压水和承压水。

莱州湾东岸全淡水区包括基岩裂隙水全淡水亚区(I1)和松散孔隙水全淡水亚区(I2)，第一亚区地下水水力性质均为潜水、单井涌水量在100m3/d左右。

第二亚区主要分布于山前坡麓。

含水层岩性为砾石和含砾砂土等。

单井涌水量在500 m3/d左右。

莱州湾南岸全淡水区主要为松散孔隙水全淡水亚区(I1)，含水层主要为砂砾石层及砂层。

含水层主要为冲洪积相砾石层、砂层、含砾砂层等。

地下水多为潜水、局部具有微承压性质。

区内含水层厚度、岩性组合、垂直结构和富水性差别比较大。

多数地区单井涌水量在1000m3/d-5000m3/d，少数地区单井涌水量在200m3/d-1000m3/d.全咸水区与全淡水区之间为咸、淡水多层结构区。

该地区地下水水质在垂向上具有多层特点，根据水文地质条件差异可划分为三个水文地质亚区:松散类型孔隙水淡一咸二层结构亚区(II1)，松散类型孔隙水淡一咸一淡三层结构亚区(II2)和松散类型孔隙水咸一淡二层结构亚区(II3)。

第一亚区分布于胶莱河两岸、夏店以东的弯月形区域。

地下水水质在垂相上为上层淡水一下层咸水的结构。

含水层为砂及砂砾石，厚度在1-5m之间，为潜水，单井涌水量在1000 m3/d-3000 m3/d 左右。

含水层为冲洪积相砂砾石、中粗砂、中细砂等，水力性质为潜水和微承压水。

第二亚区分布在广饶颜徐以东，夏店以西的带状区域。

地下水质在垂相上为上层淡水一中层咸水一下层淡水的结构。

含水层岩性在潍河两岸较粗，多为粗砂、含砾粗砂、中细砂等，在弥河流域较细，多为粉砂、粉细砂等，水力性质为孔隙潜水和微承压水，单井涌水量在10003000 m3/d左右。

下层淡水矿化度小于2 g/L，含水层岩性多为粉细砂、砂等，水力性质为孔隙承压水。

第三亚区分布于莱州湾南岸滨海平原地区，地下水水质在垂向上为“上咸一下淡”二层结构。

上层咸水矿化度存在南北差异，在南部靠近第一和第二亚区地带矿化度为 2.-5g/L。

卤水区地下水除接受大气降水少量补给外，海潮和海水倒灌为其主要来源，地下水基本处于封闭、蒸发、浓缩和停滞状态，因而导致矿化度含量不断升高，含水层以粉砂为主。

图2-2 研究区水文地质图2.4地质条件莱州湾地区第四系地层分布广泛，成因类型繁多，其分布受构造、地貌制约明显。

东部区为稳定缓慢的抬升，沉积物主要分布在平原、河谷和海湾洽岸带，厚度一般小于30m，黄县盆地第四系最大厚度106.1 m。

西部区为沉降区，皆为第四系所覆盖，最厚处可以达到400m。

对海水入授形成灾害的地层主要是第四纪地层，特别是晚更新世以来所形成的海相地层。

莱州湾地区第四纪沉积物根据成因类型可分为:残积物、坡积物和坡积一残积物、冲积一洪积物、冲积物、湖相沉积物。

如图2-3。

其中莱州湾南岸地区以海相沉积、冲积沉积、湖沉积与风尘堆积物为主，莱州湾东岸以残积物、坡积物和冲积物为主，沿海地分布少量海相沉积物，各自类型在海水入俊中起到不同作用。

图2-3 研究区第四系沉积物分布第三章海水入侵形成机理3.1海水入侵形成机理海水入侵的形成必须具备两个条件:其一是水动力条件，即咸淡水之间存在一定的水头差;其二是水文地质条件，即咸淡水之间有相同含水层相连。

当二者同时出现，才会发生海水入侵。

海水入侵的形成机理，可以从海水入侵两个必备条件的变化来进行评述。

其中水文地质条件是环境地质条件下客观存在的一个特殊地质体，它的变化一般是缓慢的，甚至短时期内可认为它是不变的，因此只有水动力条件可人为的或受自然某些因素而改变。

这也是海水入侵发生的一个重要条件。

人类各种经济活动，如大量开采地下水，河流上游兴修水利工程等，这些活动虽然给人类带来一定的利益，但这些活动都改变了地下水的天然动力条件，破坏了地下水天然平衡状态，从而使原本就有的海水入侵进一步加剧。

自然界也不是一成不变的，如遇干旱年份甚至连续数年干旱，大气降水的减少，这将影响地表水体水位下降，影响大气降水对地下水的入渗补给量，造成地下水位下降，这也可影响到海水入侵的加剧和范围的扩大。

假定条件是海水和陆地地下水均不流动，地下水与海水区各点的压强按静水压强分布，两者的分界面固定，如图3-1。

在分界面上有：h s 分界面上某点离海平面的距离；h f 地下水潜水面高出海平面的高度；p 1 淡水密度，=1.0g/cm 3；p 2 海水密度,=1.025g/cm 3。

于是得到分界面在海平面下所处的深度与陆地地下水面的高度呈线性定量关系，例如在地下水潜水面高程为1m 时，由上式可知，对应的分界面深度约在海拔以下40m 处。

换句话说，陆地地下水水位越高，分界面埋藏深度越大；越接近海岸线，分界面埋深越浅。

图3-1 海水与陆地地下水静力平衡模式21)(ρρs h f h s h =+40s f h h =3.2莱州湾地区海水入侵发生的环境背景莱州湾地区海水入侵的形成与发展涉及到水文地质环境、地形地貌特征、气候与人类活动等多种因素，其中水文地质环境、地形地貌特征是海水入侵发生的基础条件，为海水入侵的发生和发展提供物质来源与入侵通道，决定了海水入侵的方式、类型和强度，人类活动是诱发条件。

3.2.1海水入侵与第四纪地层第四系松散沉积层是莱州湾地区海水入侵空间媒介，海水入侵的类型、入侵方式、入侵物源等都与第四纪沉积物特征和第四纪地层的性质密切相关。

第四系松散沉积物中的砂体是发生海水入侵最为典型的物质，无论是层状的砂层还是带状砂带，都是诱导海水入侵的通道。

而海相地层则是海水入侵发生的物质来源。

海相地层通常与现代海水保持密切的水力联系，即使没有保持水力联系，往往也可能滞留、封存一部分古海水(地下卤水)，成为海水入侵的物质来源。