近年秦皇島市海水入侵分析及現狀探討

李微微 傅圓圓 楊雯 王眾 楊超

摘 要：基于秦皇島市近年海水入侵狀況監測，分析2015-2019年海水入侵中氯離子和礦物質的變化趨勢及其變化機制，進而探討近年秦皇島海水入侵現狀。結果表明海水入侵區的礦物質變化主要受降水的影響，過渡帶、未入侵區的礦物質受降水的影響小。

關鍵詞：秦皇島市;海水入侵;氯離子;礦物質;降水量

秦皇島市位于東經118°33'～119°51'、北緯39°24'～40°37'，地處河北省東北部，其海岸線全長約 162.7 km，東起山海關金絲河口，區域包含海港區、山海關區、北戴河區、撫寧區和昌黎平原區，沿海平原地區面積約為1 750.4 km2[1]，海岸線止于西部昌黎縣灤河口處。

沿海地區由于自然和人為原因，地下含水層或河流地區發生海水倒灌，使咸潮影響帶擴大并發生海水補給地下水的現象，稱為海水入侵[2]。海水入侵不僅使深層土壤礦化度升高，海水中的可溶鹽類還會被帶至土壤表層，造成整個地表的鹽堿化。引起海水入侵的原因較為復雜，與自然因素如水文氣象、水文地質、海潮變化，以及人為因素如地下水超采致使地下水位連年下降、灘涂經濟、河道采砂、水資源的調配利用等密切相關[3-4]。秦皇島沿海河流多為山溪性河流，一年中夏季是降水主要集中發生期，且受臺風影響降水多為暴雨，歷時短、強度大，大部分降水排入大海，地面降雨徑流減少，使得地下水得不到充分補給而導致水位持續下降，形成海水壓迫使咸水體向內陸延伸[5]。

秦皇島市位于渤海灣峽灣處，沿海地區存在海水入侵狀況，因地理位置差異入侵程度略有不同，近年受地下水超采和地質等諸多因素影響，秦皇島地區的用水緊張情勢有所加劇[6]。通過對2015-2019年秦皇島市海水入侵狀況進行分析評價，研究海水入侵區變化趨勢，定量分析降水對海水入侵的影響。

1 數據處理

2015-2019年，每年4月份對秦皇島濱海地區的海水入侵情況進行監測。結合現場監測的實際情況，在秦皇島沿垂直于海岸線方向共布設了3個監測斷面，斷面間距大于10 km。每個斷面布設監測站位3個（海水入侵區、過渡帶、未入侵區），監測站位主要利用現有農業用水井或居民飲用水井，監測站位具體情況見表1和圖1。按照2014年1月國家海洋局印發的《海水入侵監測與評價技術規程》[7]，海水入侵程度的評價參數取消了原有的礦化度參數，僅保留氯度參數，具體海水入侵程度等級劃分標準見表2[7]。

采用國家海洋局秦皇島海洋環境監測中心站的月平均降水數據，由于海水入侵調查在每年的4月，本文用前一年的4月-次年3月數據作為本年的降水數據，來分析降水對海水入侵的影響。

采用Pearson相關系數計算氯度、礦物質與降水的關系，兩個變量之間的協方差和標準差的商稱之為兩個變量之間的Pearson相關系數，估算樣本的協方差和標準差，可得到Pearson相關系數，其值介于-1與1之間，所得數值的絕對值越大，表示其相關性越強，即所得相關系數值越接近于1或-1，相關度越強;若越接近于0，則相關度越弱。通常狀況下，絕對值在 0.8～1.0代表極強相關;0.6～0.8代表強相關;0.4～0.6代表中等程度相關，進而知曉所得數值所在的取值范圍，并判斷變量的相關強度。

2 多年海水入侵狀況機制分析

由于站位A1在洋河口入海口，此處氯離子和礦物質含量較高，2015-2019年的入侵程度均為嚴重入侵，圖2、圖3分別為站位A1的氯離子、礦物質在2015-2019年的變化趨勢，此處氯離子存在增加趨勢，入侵距離也隨著增加，而礦物質存在下降趨勢，氯離子和礦物質的變化趨勢與降水基本相反。圖2中，氯離子和降水在2016-2019年的變化趨勢完全相反，存在明顯的負相關關系，相關系數為0.692 4。說明A1站位的氯離子變化部分受降水的影響，還有其他因素影響氯離子變化，譬如洋河口的徑流量，近年來隨著工業的增加，洋河口的徑流量存在明顯的下降趨勢[8]，洋河口入海口處的氯離子存在上升趨勢，受洋河口徑流量的影響。同時，礦物質和降水在2015-2019年的變化趨勢完全相反，見圖3。前一年的降水增加時，礦物質減少，存在明顯的負相關關系，相關系數為0.984 2，說明A1站位的氯離子和礦物質變化受降水的影響。

圖4、圖5分別為三個區（海水入侵區、過渡帶、未入侵區）的氯離子和礦物質變化趨勢，氯離子在海水入侵區和過渡帶2015-2018年存在明顯的上升趨勢，2019年有所下降，未侵入區的氯離子僅在2018年有所上升，與2017年的降水有所下降有關;三個區的礦物質在2015-2017年存在下降趨勢，在2017-2018年存在上升趨勢，在2019年有所下降，變化趨勢與降水完全相反。

由圖4可以看出海水入侵區、過渡帶的氯離子變化趨勢相同，未入侵區在2015-2017年的氯離子變化較小，在2017-2019年變化趨勢與海水入侵區、過渡帶相同。三個區的氯離子在2016-2019年與降水的相關系數分別為0.712 6、0.774 4、0.610 2，說明氯離子與降水存在明顯的負相關關系，三個區的氯離子受降水影響，影響程度基本相同。

由圖5可以看出三個區的礦物質變化趨勢相同，過渡帶和未侵入區的礦物質數值相差不大，三個區的礦物質在2015-2017年存在明顯的下降趨勢，2017年達到最低值，2017-2018年存在上升趨勢，2019年有所下降，2019年的礦物質在過渡帶和未侵入區與2015年的數值持平，而在海水入侵區2019年的礦物質數值低于2015年。三個區的礦物質2015-2019年與降水的相關系數分別為0.977 6、0.573 1、0.638 0，礦物質與降水存在明顯的相關性，說明海水入侵區的礦物質與降水相關性最大，海水入侵區受降水影響最大，過渡帶和未侵入區受降水影響較小。

3 海水入侵現狀探討

海水入侵使本來脆弱的濱海生態環境情勢變得更加嚴峻，如不能及時采取防治措施，入侵繼續蔓延使沿海地區海水入侵狀況加劇。由于海水入侵在治理上難度相對比較大，且周期長，會損害生態環境，制約海濱地區經濟發展空間，對社會經濟及群眾生活等產生不利影響。

不合理及過度開采地下水是導致海水入侵的直接原因，防治海水入侵從地下水補給、徑流、排泄等角度出發，其核心是增加地下水的補給量以及限制沿海地區的地下水開采量。首先，對濱海地區的地下水資源進行更進一步的優化管理，進而調整對地下水開采布局;其次，注重增加濱海地區的地下水補給，尤其是海水入侵區周邊;再次，在濱海地區建設多種攔蓄補源性工程，在河槽不同地段修建人工滲溝、滲渠等，使汛期降水得到充分利用，可加速地表水向地下水的轉化。

對于海水入侵區，采取適應性改良及分區域治理，利用地下微咸水灌溉耐鹽性作物;建立適合區域生態特點良性循環的生態系統，改善土壤;調整水資源利用方向，發展節水型工副業;在地下水系統的補給區，以涵養水源為出發點，發展生態農林業等，進而發展海水入侵區經濟，改善生態環境。

同時，應進一步加強對海水入侵的監測，掌握海水入侵的現狀及趨勢，以便及時采取積極的應對措施。

4 結論

本文基于2015-2019年秦皇島市三個斷面的海水入侵數據對氯度和礦物質參數進行分析研究，同時對比分析降水對氯度和礦物質的影響，結論如下：

海水入侵區站位A1的氯度在2016-2019年的變化趨勢與降水相反，存在明顯的相關性;礦物質在2015-2019年與降水存在明顯的負相關關系，礦物質比氯度更容易受降水的影響。

對比海水入侵區、過渡帶、未入侵區等三個區的氯度和礦物質在2015-2019年的變化趨勢以及與降水的關系，發現三個區的氯度在2016-2019年與降水之間存在明顯的相關性，海水入侵區的礦物質主要受降水的影響，過渡帶、未入侵區的礦物質受降水的影響小。

參考文獻：

[1] 秦皇島市水利局，河北省唐秦水文水資源勘測局.秦皇島市水文手冊[R].唐山：地礦部河北地勘局測繪院，2012.

[2] 郭占榮，黃奕普.海水入侵問題研究綜述[J].水文，2003，23（3）：10-15.

[3] 薛禹群，謝春紅，吳吉春.海水入侵研究[J].水文地質工程地質，1992，19（6）：29-33.

[4] 趙偉玲，唐立強，朱小龍.河北沿海海水入侵災害現狀、成因及防治對策分析[J].海洋開發與管理，2014，31（8）：48-54.

[5] 河北省秦皇島水文水資源勘測局，秦皇島市水務局.秦皇島市水資源開發利用與保護規劃[R].秦皇島：河北省秦皇島水文水資源勘測局，2015.

[6] 趙云峰.秦皇島市沿海地區海水入侵水文特征值變化趨勢分析[J].陜西水利，2019，12（4）：41-43.

[7] 國家海洋局.海水入侵監測與評價技術規程： HY/T 0314-2021 [S].2021.

[8] 田菲，韓淑敏，胡玉昆.洋河流域徑流演變規律及驅動因子分析[J].華北農學報，2008，23（z2）：42-45.

（收稿日期：2021-06-01;修回日期：2021-07-16）