秦皇島市沿海地區海水入侵水文特征值變化趨勢分析

趙云峰

（河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島 066000）

1 概況

秦皇島市位于河北省東北部。東北接遼寧省綏中縣，西北臨河北省承德市，西靠唐山市的灤縣、遷安，南臨渤海。西距首都北京280 km，西南距石家莊483 km、距天津220 km[1]。總面積7802 km2，其中山區面積5648 km2，平原面積2154 km2。秦皇島市沿海平原地區，涉及山海關區、海港區、北戴河區、撫寧區及昌黎縣平原區，面積為1750.4 km2，海岸線東起山海關金絲河口，西止昌黎縣灤河口，總長162.7 km[2]。

秦皇島市瀕臨渤海，由于地下水超采及地質因素，沿海地區不同程度的海（咸）水入侵，進一步加劇了本地區的用水緊張情勢[3]。本文對秦皇島市海水入侵分布特征進行評價，分析研究海水入侵區水文特征值變化趨勢。

2 海水入侵成因

海水入侵方式有多種，主要有面狀入侵、帶狀入侵、線狀入侵，線狀或帶狀入侵后，由于水力和地質條件也可能擴展為面狀入侵。秦皇島市沿海地區的海水入侵基本屬于面狀入侵，也有帶狀入侵后又擴展為面狀入侵，如南戴河、白玉莊、棗園一帶屬于這類入侵方式，其它沿海地區屬于面狀入侵方式[4]。

造成秦皇島市沿海地區海水入侵主要有兩方面的因素，一是自然因素，如水文地質條件、降雨、河道徑流量、潮位的影響；二是人為因素，如長期大量超采地下水等[5]。

秦皇島市沿海地區隨著城市化的發展，城市范圍內工程建設增多，路面被硬化，這樣就使大部分降雨不能下滲，從而不能補充地下水，在本來就干旱的氣候下，更減少了降雨對地下淡水層的補給，從而更進一步加劇了地下水漏斗的深度，為海水入侵創造了有利條件；海港區的海水入侵主要是由于熱電廠使用海水作為冷卻水，且冷卻水直接排入新開河，排水口距離新開河口3.6 km，使得新開河河道內都為冷卻后的海水，在退水同時向兩岸侵入，增加了入侵范圍。

3 海水入侵區水文特征值變化趨勢分析

海水入侵區自然因素的各水文特征值是影響海水入侵動態變化的重要因素，選取降水量、河道徑流量、潮位、地下水開采量四個主要的水文特征值對長系列資料進行分析[6]，與分析區地下水埋深和海水入侵調查資料進行對比，確定影響海水入侵變化的主要影響因素。

3.1 降水量變化趨勢分析

降水是產生地表徑流和補給地下水的主要來源，降水量的大小及時空分布反映了一個地區的水資源狀況。秦皇島市的降雨年度分布不均，主要集中在6月～9月，且洪水主要由汛期暴雨形成，所以在分析降雨變化趨勢時應將年降雨和汛期（6月～9月）降雨進行比較，同時兼顧考慮能夠反映降雨強度的連續最大三日和最大一日降雨量，這些特征參數能夠直觀反映各分析區降雨變化趨勢。

代表站秦皇島站1995年～2016年降雨量統計資料見表1，依據此資料點繪流域逐年雨量特征參數對照圖及各年代降雨量變化示意圖，降雨量特征參數大體呈穩定趨勢，見圖 1、圖 2。

表1 秦皇島站各年代降雨量參數統計表

圖1 秦皇島站逐年降水參數對照圖

圖2 秦皇島站各年代時段雨量變化示意圖

由圖1、圖2可以看出，降雨量分布規律相同；最大值出現在2010年～2016年，其中1995年～2010年各參數年均值較本世紀10年代分別減少了6.4%、19.9%、15.8%。由此可以看出，2000年～2004年降雨量減少程度較大，為整個系列的最小值，是整個研究系列的最枯時段。

秦皇島市海水入侵區域年降水量變化趨勢大致相同，降水量具有年內分配集中、年際變化大的特點。由多年平均月降水量統計表可以看出，連續最大四個月降水量一般集中在汛期（6月～9月），汛期降水量占全年降水量的80%左右，個別年份集中程度更高，達到90%以上，而汛期的降水量又主要集中在7月、8月，甚至更短時間之內。不同流域代表站年雨量特征參數統計見表2。

表2 各流域代表站年降水量特征參數統計表

年雨量和汛期降雨量是從量的角度反映流域降雨的變化情況，而最大一日和連續最大三日降雨量既從量的角度又從降雨強度的角度反映降雨變化。從量上來分析，秦皇島市整個海水入侵區域降雨量在分析系列中呈明顯的先減小后上升趨勢，并具有顯著的分帶性，表現為本世紀10年代之后明顯大于本世紀初。而最近幾年增加的程度更大，基本上是整個系列的最大值或接近最大值。從強度上分析，整個流域變化比較平緩，但近幾年基本呈現出增大的趨勢，尤其是2012年，秦皇島沿海地區由于雙臺風影響發生了全境的暴雨，處于系列的最大值。

3.2 徑流量變化趨勢分析

雙累積曲線是描述兩參數間關系是否有趨勢性變化的一種常用的方法。如果該站降水徑流關系不變，雙累積曲線應呈線性增加，否則在發生變化處會出現轉折。

分析區秦皇島沿海地區有實測資料的湯河秦皇島水文站1995年～2016年降雨徑流資料，點繪年雨量、年徑流量雙累積曲線圖，見圖3。

圖3 秦皇島站年降雨、徑流雙累積曲線圖

根據圖3可知，雙累計曲線較平穩，沒有出現明顯的轉折，該流域降雨量、徑流量關系良好，秦皇島沿海地區河流徑流量變化平穩，沒有明顯的轉折。

3.3 潮位變化趨勢分析

秦皇島海區以潮力弱、潮差小為其顯著特點。據實測，秦皇島海區多年平均潮位為88 cm（國家85高程），歷史最高潮位163.1 cm，出現在1972年7月26日，最低潮位為-227.9 cm，出現在1973年12月24日，汛期多年平均高潮位112.1 cm，平均潮差74 cm，最大潮差243 cm。潮流流速為0.6 m/s～0.9 m/s，退潮流速小于漲潮流速。

根據河北水利水電勘測設計院1998年9月編制完成的《河北省海堤工程初步設計報告》，河北沿海的秦皇島站、薊運河防潮閘站高潮位分析成果見表3。

表3 潮位分析成果表 單位：m

根據以上計算結果可見，秦皇島海域潮位百年一遇高潮位和5年一遇高潮位僅相差0.28 m，潮位年際變化不大。

3.4 地下水開采量變化趨勢分析

地下水開采量數據來源于秦皇島市和各縣區的統計公報，由于2014年原撫寧縣撤縣設區，同時行政區劃變化，涉及海港區、撫寧區、北戴河區的統計口徑發生變化，影響到本次分析區中除灤東平原的其他三個分區，故2014年后的開采量數據在系列里已不具備一致性，故本次分析只統計至2013年。

根據秦皇島站2005年～2013年開采量統計資料點繪流域逐年地下水開采量參數對照圖，見圖4。

圖4 秦皇島站逐年開采量參數對照圖

由圖4可以看出，開采量特征參數基本保持穩定，2010年左右開采量有所增長，隨后降低，變化幅動較小。

4 結論

秦皇島沿海河流多為暴漲暴落的山溪性河流，暴雨歷時短，強度大，加上一年中，降水主要集中發生在7月、8月，占年徑流量的70%左右，且一次洪水的洪量主要集中在24 h內，24 h洪量占3 d洪量的70%以上。大量的地表徑流排入大海，地下水得不到充分補給，地下水位持續下降，海水壓迫海（咸）水體向內陸延伸。

為進一步遏制秦皇島市沿海地區海水入侵改善地下水環境，建議加強該地區的地下水建設，開發非傳統水資源，科學利用微咸水，完善河流擋潮工程。確保數據有效性，積累地下水水位和水質資料，為沿海地區海水入侵調查提供數據支撐。