泉州灣海水入侵對城市發展建設影響

林躍旗，林從謀，常方強，孟希，葛冰洋（華僑大學巖土工程研究所，福建廈門361021）

泉州灣海水入侵對城市發展建設影響

林躍旗，林從謀，常方強，孟希，葛冰洋
（華僑大學巖土工程研究所，福建廈門361021）

針對泉州灣存在海水入侵的問題，運用模糊綜合評價法，建立適用的綜合評價模型，得到較為準確的綜合評價結果和海水入侵程度的分布圖，并進一步分析海水入侵影響程度、波及范圍及入侵方式.研究結果表明：該地區以輕度入侵為主，Ⅱ類水質地下水占比達到69.70%；受海水流向沖擊的作用凸形海岸帶相比凹形海岸帶入侵程度更嚴重，最大入侵距離達到了1.50km；其評價結果與實際現場相符.

海水入侵；模糊綜合評價；泉州灣；城市建設

海水入侵已成為了沿海地區環境地質問題中最主要的問題之一，它極大地影響了人、蓄及工農業用水，水質的惡化也嚴重地影響了經濟發展與城市發展建設.要對受海水入侵影響的泉州灣進行規劃建設，首先要對海水入侵程度及范圍進行評價，針對入侵程度的不同采取相應的防治措施.目前，海水入侵的評價方法一般有判別分析法、電導率法、音頻大地電磁法、BP神經網絡法等［1－6］.海水入侵的評價方法雖多，但目前為止，仍未有哪一種評價方法能被廣泛地接受或采用.海水入侵造成的影響后果很多，所以采用何種指標和方法才能較為可靠的評價海水入侵程度，成為了一個重要的難點.海水體中存在著多種化學物質，評價其水質類別邊界是模糊的，用原始的單一指標來衡量和分級的方法，其精度較差，存在著一定的偏差.模糊數學綜合評價法對模糊邊界的劃定和評價誤差的控制問題有較好的解決效果［7－11］.本文運用模糊綜合評價法對泉州灣的海水入侵現狀進行分析，為城市減災避災提供決策的依據和參考.

圖1 研究區范圍及井點分布圖Fig.1 Investigation area and the well site

1 研究區域與方法

1.1 研究區域概況

泉州市的主要水資源為淺層地下水，山區地下水多屬基巖裂隙水，主要依靠河谷進行排泄；沿海地區的地下水資源主要為孔隙水，大部分屬于潛水，也有少量的承壓水，濱海地區的海積層中則多存在咸水.由于研究區域主要為泉州灣濱海地帶，重點在洛陽江流域（A，B），其取樣井點布置，如圖1所示.圖1采用的地理坐標體系為WEB墨卡托投影坐標，以本初子午線與赤道交點作為坐標原點；橫軸數值為坐標點與原點的橫向距離，縱軸數值為坐標點與原點的縱向距離，單位為m.

1.2 模糊綜合評價方法

模糊綜合評價法是指使用模糊數學的方法判斷、區分事物的優缺點.首先，給出的評價標準及獲得事物的實際監測值；然后，將所考慮影響因素的實測數據進行模糊變換處理；最后，對所研究事物作出綜合的評價［12－15］.

2 建立泉州灣海水入侵評價模型

2.1 確定評價因子

在海水入侵的研究中，最直接的判斷依據是水化學特征.進行評價時，如果評價的指標太少，則容易導致錯誤的結果，引入沒用的指標可能影響海水入侵判別的效率和干擾正確評價［16－17］.通過對研究區域的取水樣進行室內化學實驗，獲得了大量的測試數據［18］.結合泉州灣地下水調查資料和水質分析資料，選用ρ（Cl－）、礦化度（ρM）及ρ（HCO）／ρ（Cl－）三個化學指標作為評價海水入侵的綜合指標，從而確定評價因子集為U＝｛ρ（Cl－），ρM，ρ（HCO）／ρ（Cl－）｝.

2.2 建立評語集及量化指標

為了更加詳細地了解海水入侵前緣的發展情況，需將水體咸淡過渡帶（微咸水）進行細化.把泉州灣海水入侵程度分為4個等級，建立評語集V＝｛v1，v2，v3，v4｝＝｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝.對研究區域33個監測井點獲得的89個實測水樣進行化學試驗和統計分析，得出ρ（HCO）／ρ（Cl－），ρM與ρ（Cl－）存在的線性關系，結果如表1所示.結合ρ（Cl－）海水入侵程度劃分的界限值量，就能夠定出ρM，ρ（HCO）／ρ（Cl－）各等級的具體值范圍及代表值.

表1 海水入侵程度等級劃分及指標量化Tab.1 Classification of seawater intrusion degree and index quantification

2.3 構造隸屬函數和建立模糊評價矩陣

選用較為成熟的線性隸屬函數，其中應用正降半梯形隸屬函數確定ρ（Cl－），ρM的隸屬度，因為其值與海水入侵的程度成正比；而應用反降半梯形隸屬函數確定ρ（HCO）／ρ（Cl－）的隸屬度，因為其比值大小與海水入侵影響嚴重程度成相反方向變化.由線性隸屬函數確定出評價因子與評價等級之間的模糊關系.先分別求得相應各級的隸屬度ri，j，然后計算出各因子的模糊關系矩陣R.

2.4 確定評價因子權重矩陣

各個評價指標權重由超標指數賦權法計算獲得，求解步驟如下.

1）各指標4個評價等級海水入侵質量代表值Dj的算數平均值Ei表示為

其中：n為分級數，n＝4.

2）各指標的實測值Xi相對于Ei的超標倍數Wi，Wi越大，則權重就越大，即

3）再對Wi做歸一化處理，得到各評價指標所對應的權重，即

由此構成的權重模糊矩陣為A＝｛a1，a2，a3｝.

2.5 模糊綜合評價結果

運用加權平均型的模糊算子對R和A做模糊矩陣復合運算，得到模糊綜合評價的結果，即

最后，根據最大隸屬度原則，?。鸼1，b2，b3｝中的最大值，該值在V中所對應的級別就是海水入侵程度的模糊綜合評價結果等級.

3 評價結果與城市發展建設對策分析

3.1 研究區域綜合評價結果

在大量現場測試數據的基礎上，通過Matlab軟件將線性隸屬函數及式（1）～（4）編制成相關程序，計算得到研究區域海水入侵程度的模糊綜合評價結果，如表2所示.

表2 泉州灣洛陽江流域海水入侵評價結果Tab.2 Evaluation results of seawater intrusion in Luoyang river basin Quanzhou Bay

從表2模糊綜合評價的結果可知：泉州灣洛陽江流域地區有7個井水取樣點滿足Ⅰ類水質，占總取樣點的21.21%；23個取樣點符合Ⅱ類水質，占總取樣點的69.70%；3個取樣點符合Ⅲ類水質，占總取樣點的9.09%；未發現Ⅳ類水質.

根據表2的評價結果，利用Surfer軟件繪制出重點研究區域的海水入侵現狀綜合評價圖，如圖2，3所示.圖2，3采用的地理坐標體系為WEB墨卡托投影坐標，以本初子午線與赤道交點作為坐標原點；橫軸數值為坐標點與原點的橫向距離，縱軸數值為坐標點與原點的縱向距離，單位為m.

圖2 重點研究區域A海水入侵綜合評價圖Fig.2 Comprehensive evaluation of seawater intrusion on key investigation area A

圖3 重點研究區域B海水入侵綜合評價圖Fig.3 Comprehensive evaluation of seawater intrusion on key investigation area B

由圖2可以看出：在研究區域A中，萬安村－云莊村之間的水質受到了較嚴重的侵染，呈條帶狀入侵，最大入侵距離約為0.82km；而對岸杏宅村一帶水質只受到輕度侵染，呈條帶狀分布，最大入侵距離約為0.36km.由圖3可以看出：研究區域B中，槍城－金崎村－貴嶼巖一帶水質的侵染情況也較為嚴重，由海向內陸延伸依次呈片狀、條帶狀分布，最大入侵距離約為1.50km；受海水流向沖擊的作用，晉江出?？谔幒蜑I海公園兩處海水入侵的程度明顯大于凹處的貴嶼巖；但濱海公園由于基巖的存在，導致了個別井點的水質受侵染情況較輕.海水入侵程度隨著離海距離的增加而減小，入侵程度較嚴重的點主要分布在受海水流向沖擊作用較大的海岸帶，而河流凹岸的入侵程度相對較輕.

3.2 城市發展建設的對策建議

為了統籌經濟發展與生態保護這一矛盾，生態修復技術是首選武器.要嚴厲整治泉州灣存在的不合理灘涂養殖，保護好不斷減少的紅樹林及建設紅樹林濕地公園.因為紅樹林不僅能緩解海水入侵的現狀，也能夠增強泉州灣國際候鳥遷徙站的作用.同時，政府要禁止對濱海海沙的開采，防止海水入侵程度的加劇.采用多孔混凝土及其他自然材質構成生態護岸，形成阻擋海水入侵的天然屏障時，也為野生動物提供了棲息場所.嚴格控制地下水開采的同時，也需有計劃地加強對地下水的回灌補給，如修建地下蓄水庫、攔河閘等.

泉州市特殊的地理位置及氣候決定了其發展方向，即海灣型城市.出于旅游業的考慮，海水入侵程度較嚴重的海岸帶（Ⅲ，Ⅳ類水質）可劃為旅游用地，但不適宜永久性建筑物用地.濱海地帶是開發商眼中海景住宅樓的黃金地段，但其興建在海水輕度入侵處（Ⅱ類水質）時，必須要考慮混凝土及鋼筋的耐久性.對于沿海養殖漁業，禁止隨意引入海水，提高海水位，嚴格執行休漁和禁漁制度，推進生態漁業生產方式.推廣節水灌溉技術，還可利用微咸水澆灌耐鹽作物.工業不適合安置在受海水入侵影響的海岸帶.海水入侵對當地人們的飲水造成了困難，解決其飲水問題已刻不容緩.

4 結論

1）將模糊綜合評價法運用在泉州灣海水入侵研究中，建立了相應的適用數學評價模型，并對兩大研究區域的水樣進行了綜合評價，獲得了海水入侵的綜合評價圖.從評價結果可得出：該濱海地區地下水主要以Ⅰ類和Ⅱ類水質為主，但Ⅱ類和Ⅲ類水質占78.79%，超出一半取樣井點，表明洛陽江流域地區已經受到海水的入侵影響.海水入侵以輕度入侵為主，呈條帶狀分布；較嚴重入侵位置一般呈片狀分布在距海較近的填海地塊，最大入侵距離達到了1.50km.

2）根據實測值確定各個因子權重.與葛冰洋［18］采用的單一評價指標結果相比，解決了單因子評價方法評價結果過高的缺陷，避免了人為主觀因素，可較真實地反映泉州灣地區海水入侵現狀.

3）基于泉州灣海水入侵的現狀分析結果可知：要發展建設泉州市這一海灣型城市的海岸帶，就要足夠重視海水入侵的危害，特別是凸形海岸帶，其相比凹形海岸帶入侵程度更嚴重.從農業、工業、漁業及旅游業發展的角度出發，針對海水不同的入侵程度，提出了相應的城市發展生態修復技術、預防措施.

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（責任編輯：黃曉楠 英文審校：方德平）

Effect of Quanzhou Bay Seawater Intrusion on Urban Development and Construction

LIN Yueqi，LIN Congmou，CHANG Fangqiang，MENG Xi，GE Bingyang
（Research Laboratory of Geotechnical Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

In order to solve the problem of seawater intrusion in Quanzhou Bay，it is necessary to establish the calibration of the invasion distribution.Fuzzy comprehensive evaluation method combined with sample measured data was used to build the suitable comprehensive evaluation model.The accurate evaluation results and the seawater intrusion degree distribution were obtained.The influence degree，the scope and the invasion of seawater intrusion were carried out，it′s showed that the region is mainly under mild invasion，the percentage ofⅡclass groundwater is 69.70%；the invasion on convex coastal zone impacted by the water flow is more serious than the invasion on concave coast，the maximum invasion distance is 1.50km；the evaluation results agree with the results in situ.

seawater intrusion；fuzzy comprehensive evaluation；Quanzhou Bay；urban construction

X 824

A

1000－5013（2016）04－0436－05

10.11830／ISSN.1000－5013.201604009

2015－04－26

林從謀（1957－），男，教授，博士，主要從事隧道與巖土工程設計與施工技術的研究.E－mail：cmlin＠hqu.edu.cn.

國家自然科學基金資助項目（41306051）；福建省自然科學基金資助項目（2015J01625）；國土資源部公益性行業科研專項（201211039）；華僑大學高層次人才科研啟動項目（09BS621）