山東省海岸帶地下水環境動態演化特征研究

李波　關琴　林廣奇　張海林　張翼飛

摘要：為研究山東省海岸帶的地下水環境特征，依據山東省海岸帶不同類型地下水監測數據，結合區域水文地質條件，從地下水動力場和地下水水化學場兩個方面開展了分析。結果表明：地下水水位動態變化與大氣降水呈正相關關系，同時還受地形地貌、地下水開采強度等因素制約；地下水水化學特征由中低山丘陵區向濱海區呈現分帶性；近40 a來，陰離子HCO-3含量逐漸降低，Cl-含量逐漸升高，陽離子Ca2+、Mg2+含量逐漸降低，Na+含量逐漸升高；水化學動態特征主要受自然因素和人類活動的影響，受人類活動影響更為明顯。

關 鍵 詞：地下水環境； 水位動態變化； 水化學特征； 海岸帶； 山東省

中圖法分類號： P641.3

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.04.007

0 引 言

海岸帶是人類開發強度最大的地區之一，因地域上的重要性及所具有的獨特海陸相互作用環境特點，使其成為目前全球研究關注度最高的地理區帶［1-4］。自20世紀90年代以來，中國在海岸帶地區開展了大量水工環地質、海洋地質、地質資源、水土環境等調查研究工作［5-10］，如全國海岸帶和灘涂資源調查、河口與陸架地球化學研究、海洋地質保障工程專項計劃及海陸域不同比例尺調查工作等。開展海岸帶地質環境工作可為海岸帶基礎設施規劃建設和生態環境保護提供精準服務。

山東省是海洋大省，全省海岸線全長約3 345 km，占全國海岸線1/6，居全國第二位［11-13］。海岸帶區域經濟社會發達，在全省經濟社會發展中占有極其重要的地位。隨著經濟、工業化及城鎮水平的加速發展，各種外界因素加速地下水環境演變，不同程度的地質環境問題突顯，制約著社會經濟高質量發展［14-15］。地下水環境特征可以反映地下水系統在自然因素和人為因素影響下，地質環境在空間內質與量的變化結果，而人為因素對地下水環境的影響更為明顯［16］。目前，對山東省海岸帶地下水水環境特征研究多數集中在黃河河口、大沽河河口等個別重要河口地帶，缺少區域整體研究。本文基于多年來在山東省海岸帶開展的地下水監測工作，分析區內水文地質條件及地下水水化學、水位數據，總結歸納海岸帶地下水環境特征，可為海岸帶地區規劃建設與生態環境保護、修復提供重要地質依據。

1 研究區概況

1.1 地理位置

研究區范圍自海岸線向陸域及海域各延伸20 km，總面積約46 290 km2，其中，陸域面積約22 440 km2，海域面積約23 850 km2，涉及濱州市、東營市、濰坊市、煙臺市、威海市、青島市、日照市等7個城市。極值地理坐標為東經117°34′28″～122°53′55″，北緯34°58′32″～38°22′07″。

研究區地處暖溫帶季風型大陸性氣候區，四季分明，氣候溫和，多年平均氣溫11.1～14.5 ℃，1月最冷，最低氣溫－23.3 ℃，7月最熱，最高氣溫達41.9 ℃。區內各地市降水量分配不均，2020年沿海7城市平均降水量539.4 mm，其中東營、濱州、日照、濰坊四市降水量較高，威海、煙臺、青島三市降水量較低。

區內河流主要有黃河、馬頰河、徒駭河、小清河、彌河、白浪河、濰河、大沽河、五龍河、母豬河、大沽夾河、黃水河、沁水河、膠萊河等。自然河流大多發源于丘陵山區，流入大海，大部分河流屬間歇雨源型河流。

1.2 水文地質條件

1.2.1 含水巖組分布特征

根據含水層巖性及地下水賦存條件不同，區內含水巖組可劃分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙-裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙-巖溶含水巖組、巖漿巖類裂隙含水巖組和變質巖類裂隙含水巖組5種類型（見圖1）。

松散巖類孔隙含水巖組分布于魯西北平原及魯東低山丘陵的山間河谷等地；由山前到平原到濱海，含水層結構由簡單到復雜，變化規律明顯［17］。

碎屑巖類孔隙-裂隙含水巖組出露于膠萊盆地東南沿海地區，

含水層巖性為古近系、白堊系、侏羅系及二疊系砂巖、頁巖、礫巖，裂隙不發育，弱富水，單井出水量一般小于100 m3/d。碳酸鹽巖類裂隙-巖溶含水巖組主要分布在煙臺萊州虎頭崖鎮、蓬萊潮水鎮、福山八角地區及萊山區等地，含水層巖性為元古界粉子山群白云大理巖，巖溶裂隙發育不均，富水性差異較大。巖漿巖類裂隙含水巖組多分布于膠東半島丘陵山區，含水層巖性以中生代花崗巖、正長巖、閃長巖為主；地下水賦存于構造裂隙和風化裂隙之中，弱富水性。變質巖類裂隙含水巖組廣布于魯東丘陵山區，受巖性、地貌、構造等因素控制，地下水賦存在膠東群變粒巖、斜長角閃巖、片巖風化裂隙、構造裂隙中，主要以潛水形式存在［18-19］。

1.2.2 地下水補給、徑流、排泄條件

依據水文地質條件及地下水運動規律，結合地形地貌等因素，研究區可分為魯西北平原區和魯東低山丘陵區［20］。大氣降水是區內地下水主要補給來源，其次為河流側滲、灌溉回滲補給，沿海地區還可接受潮汐海水補給。在魯西北平原區，因地形平坦，水力坡度小，地下水徑流滯緩，整體向北東沿海方向徑流；在魯東、南部低山丘陵區，受地形起伏變化影響，地下水徑流與地形坡向大體一致，向地勢低處徑流。區內地下水排泄方式主要為人工開采與蒸發，山間溝谷地帶可見泉排泄。

1.3 樣品采集與分析

本次地下水水化學分析數據來自山東省地質礦產勘查開發局對研究區內不同類型地下水多年水質監測結果（1980～2020年）。水樣嚴格根據GB 12998-1991《水樣采樣技術指導》進行采集、保存和運送。樣品測試由具有檢測資質的山東省地礦工程勘察院實驗室完成，主檢儀器有原子吸收分光光度計（TAS-990）、原子熒光光度計（PF51）、紫外可見分光光度計（TU-1810），主檢依據包括DZ/T 0064-93，GB/T 5750-2006，GB 8538-2016。選取處于地下水補給、徑流、排泄區域的8處典型監測點數據進行分析。

2 地下水環境特征分析

地下水環境特征主要包括地下水動力條件和地下水水化學條件兩個方面，兩者相互影響、相互體現［21-22］。本文結合山東省海岸帶各地市監測點近40 a來水位、水質長期監測數據，分別進行闡述分析（由于1980～1990年的部分數據缺失，后續分析中部分指標在這10 a的數據不全）。

2.1 地下水動力條件特征分析

地下水水位是直接表征地下水動力條件的重要參數，主要受氣象、水文、人類活動等多因素影響［23］。區內不同類型地下水受不同因素制約，水位動態變化也不盡相同。

（1） 松散巖類孔隙水。

在魯西北平原區，濱州、東營北部為渤海海岸帶。區內主要為淺層咸水區，地下水開發利用程度較低，地下水動態呈現降水-蒸發型，多年水位動態穩定，整體變幅在0～2 m（見圖2）。在魯東丘陵區，孔隙水為重要供水地下水類型，地下水位受開采量影響明顯。在河流中上游山間河谷段，孔隙水處于動態平衡狀態，水位埋深在3～5 m，水位與大氣降水關系緊密，豐水期水位迅速回升，枯水期水位回落；在河流下游及濱海區，孔隙水受降水、開采強度雙重制約，具有降水滲入-開采徑流型特點，水位有緩慢下降的發展趨勢（見圖3）。

（2）裂隙水。

裂隙水為魯東地區分布面積最廣地下水，主要包括巖漿巖裂隙水、變質巖裂隙水，賦存于基巖風化裂隙、構造裂隙之中。受含水介質自身性質制約，地下水水位動態演化趨勢主要受控于大氣降水。由于地形、地貌及地質條件的不同，不同地區裂隙水水位多年動態變化有一定區別。

在中、低山丘陵區，因地形相對較高，近地表風化裂隙充填較差，透水性好，且地下水水力坡度較大，含水層能迅速接受大氣降水補給。多年水位動態出現周期性升降，其變化幅度與降水量大小密切相關，水位變幅在2.0～3.5 m，水位變化曲線為陡升陡降型（見圖4）。

在山前地帶，地形相對較低，地下水水力坡度小，含水層透水性及徑流條件差，地下水補給主要來源于大氣降水入滲，較中低山地區呈現一定的滯后性。地下水水位變幅在2～3 m，受開采程度影響較小，水位變化曲線為緩升緩降型（見圖5）。

（3）巖溶裂隙水。

巖溶裂隙水在魯東地區分布具有不均勻性，一般呈塊狀分布。巖溶裂隙水接受大氣降水、上游邊緣地下水徑流及地表水的補給，水位動態變化對降水量反應較為敏感，與降水量呈正向相關關系，受開發利用影響較小（見圖6）。

2.2 地下水水化學特征分析

地下水的化學成分與濃度是在長期地質歷史發展過程中，經溶濾、陰陽離子交替-吸附和蒸發濃縮等作用的結果［24-26］。在天然條件下，地下水化學組分按一定規律分布形成天然水化學場。人為的干擾會增加某些新的化學組分，原有組分及含量被打破，地下水地球化學環境發生變化［27］。

2.2.1 地下水水化學特征

（1） 松散巖類孔隙水。

在魯西北平原海岸帶一線，主要為淺層咸水區。水化學類型多為Cl型水，礦化度大于3 000 mg/L，總硬度跨越性也較大，都在650 mg/L以上。在魯東海岸帶地區，孔隙水以陸相溶濾水為主，近海洼地及河口地帶為海相、海陸交互相沉積水；以煙臺市孔隙水為例，水化學特征多年變化穩定，陰離子以HCO3型、HCO3·Cl型為主，陽離子以Ca2+、Na+為主（見圖7）。另外，依據取樣點位置不同，水化學還表現出水平分帶性，從低山丘陵到濱海平原依次為HCO3-Ca·Mg型水、HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg·Na型水、Cl·HCO3-Ca·Na型水、Cl-Na型水。

（2）裂隙水。

裂隙水水化學類型較多，可分為HCO3型、HCO3·Cl型、Cl·HCO3型、Cl型與SO4型水。HCO3、HCO3·Cl型水約占監測點總數的85%，主要分布在中低山丘陵區及河谷地帶，水化學以溶濾作用為主；在濱海地帶及河流中下游，地形趨于平緩，徑流速度變慢，水循環條件變差，水化學以濃縮作用為主，水化學類型主要為Cl型、SO4型。裂隙水陽離子以Ca2+、Na+為主。

（3） 巖溶裂隙水。

水化學類型一般為HCO3-Ca（Mg）型水，溶解性總固體多小于0.5 g/L，總硬度一般在250～400 mg/L。棲霞中橋、福山高疃西及張格莊碳酸鹽巖發育地區，是本區巖溶裂隙水的主要分布地區，HCO3-、Ca2+、Mg2+來自于母巖成份的溶濾。

2.2.2 地下水水化學演化分析

（1） 松散巖類孔隙水。

在魯西北平原區，孔隙水主要為咸水，地下水開采程度低。從圖8可以看出，礦化度年際變化幅度較大，總體變化趨勢為上升，其他離子變化幅度較小，總體保持動態穩定。2019年與監測初始年（1989年）數據對比發現，礦化度升高了2 358.69 mg/L，個別年份（2004年、2005年）礦化度達到了5 000 mg/L以上，為多年平均值（2 450 mg/L）的2.4倍；總硬度、氯離子和硫酸根離子含量變化幅度不大，總硬度多年平均值為844.3 mg/L，個別年份達到了2 000 mg/L，氯離子和硫酸根離子含量多年平均值分別為678.9 mg/L和516.3 mg/L，個別年份均超過1 300 mg/L。

在魯東地區，孔隙水為重要地下水資源，水化學動態同時受氣象和人為因素綜合影響。在山間河谷徑流區，人類活動活躍，地下水開發利用程度高。從圖9可以看出，各主要離子成份含量基本上保持上升趨勢。監測數據顯示，2011～2019年主要陰離子成份中，Cl-含量為1994年的2.13～2.18倍，SO2-4含量為1994年的3.86～4.00倍，NO-3含量為1994年的18.33～18.64倍，HCO-3含量為1994年的1.28～1.33倍；主要陽離子成分含量升高2倍左右，溶解性總固體和總硬度升高2倍。

在濱海平原排泄區及河流中下游地區，各主要離子組分含量表現出動態平衡狀態（見圖10）。監測數據顯示，2011～2019年主要陰離子成分中Cl-含量為1985年的1.91～2.68倍，SO2-4含量為1995年的0.43～1.17倍，NO-3含量為1995年的2.18～3.79倍，HCO-3含量為1985年的0.93～1.18倍；主要陽離子成分含量升高1.5倍左右，溶解性總固體和總硬度升高1.5倍。

從徑流區到排泄區離子含量濃度升高可以看出，孔隙水受人類活動影響明顯，其主要原因為區域農業發展導致農藥、化肥施用量增加，致使地下水化學動態發生上述變化。

（2）裂隙水。

裂隙水徑流與排泄條件較好，是區內孔隙水補給來源之一。水化學動態受控于基巖巖性、氣象、水文、地形及人為因素。1984～2019年，水中各主要組份含量基本穩定（見圖11）。除Cl-和溶解性總固體含量略有下降外，其余組份均有不同程度上升，各種離子含量多年變幅一般小于50 mg/L，地下水礦化度多年變幅小于0.2 g/L，升幅一般不超過20%。但SO2-4、NO-3升幅較大，分別達2.28倍、2.63倍，表明人為污染在裂隙水分布區有所加重。

（3）巖溶裂隙水。

巖溶裂隙水水化學動態主要受氣象和人為兩方面因素控制。自1986年至2019年，水中各主要離子組分含量呈上升趨勢，但以SO2-4、NO-3升幅最為顯著（見圖12）。SO2-4和NO-3含量分別上升2.56倍和5.94倍。巖溶裂隙水水化學動態隨降水量變化而呈現規律波動，豐水期各特征組分含量降低，枯水期升高，近5 a來水中各離子含量與1987年相比呈現上升趨勢，水質變差，受人為污染影響加重。

3 討論與分析

海洋經濟是山東省社會經濟發展的重要組成部分，近20 a來，山東省海洋經濟迅猛發展，2019年全省海洋產業產值占全省地區生產總值的20%。隨著海岸帶社會經濟發展迅速，地下水環境已出現不同程度演變，產生了海水入侵、地下水超采漏斗、水質污染等一系列環境地質問題。山東省在20世紀80年代已開始了地下水長期監測工作，取得了一系列長期水位、水質監測數據。為分析研究山東省海岸帶地下水環境特征情況，本文選取海岸帶內典型監測數據進行了分析研究。

通過水位、水質多年變化曲線可以看出，在人類活動強烈區域及地下水排泄區，地下水水位普遍出現不同程度下降，其主要影響因子為人類開采，不同類型地下水受大氣降水補給影響略有差異；地下水各離子組分出現不同程度上升，特別是硝酸鹽、硫酸根離子上升明顯。在地下水補給區、徑流區，受地形地勢、徑流條件、人類活動弱等因素影響，地下水環境變化相對較弱，總體呈現原生狀態，水位、離子含量也較為穩定。

綜上所述，山東省海岸帶地下水環境隨著社會經濟發展已不同程度變差，產生了一系列環境地質問題。為了海岸帶區域生態環境高質量發展，必須對地下水開采進行合理規劃、加大地下水環境保護力度，確保社會經濟與地下水環境可持續發展。

4 結 論

（1） 山東省海岸帶地下水水位動態變化主要受大氣降水、地形地貌、人類開采等因素影響。在魯西北平原區，淺層孔隙水為咸水，地下水開發利用程度低，地下水呈降水-蒸發型，多年水位動態穩定。在魯東地區，孔隙水呈降水滲入-開采徑流型，人工開采致使水位下降作用表現突出，水位有緩慢下降的趨勢；裂隙水在中低山丘陵區呈陡升陡降型的水位動態變化，而在山前地區呈現緩升緩降型變化，水位與降水相比呈一定滯后性；巖溶裂隙水對降水反應敏感，呈正相關關系。

（2） 在地下水水化學特征方面，不同類型地下水水化學特征略有差異?？紫端隰斘鞯貐^多為Cl型水，水化學動態變化基本穩定，在魯東地區，呈現出分帶性，水化學類型從低山丘陵區到濱海平原區依次為HCO3-Ca·Mg型水、HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg·Na型水、Cl·HCO3-Ca·Na型水、Cl-Na型水。陰離子中HCO3-含量逐漸降低，Cl-含量逐漸升高；陽離子中Ca2+、Mg2+含量逐漸降低，Na+的含量逐漸升高；總硬度、溶解性總固體也逐漸增高。巖溶水和裂隙水水化學類型以HCO3-Ca（Mg）、HCO3·Cl-Ca·Mg（Na）水為主，受自然因素和人類活動影響，各主要離子組份含量呈上升趨勢，但以SO42-、NO3-升幅最為顯著。

（3） 綜合對近40 a來海岸帶水位、水質監測數據的分析，發現在現狀綜合因素作用下，山東省海岸帶地下水環境受人類活動影響較為明顯，特別是在集中水源開采區及工農業發展區，地下水水位緩慢下降減少、水質呈現變差趨勢。在今后地下水開采利用時，應加大地下水環境保護力度，合理規劃地下水開采量；控制農業化肥農藥、工業污水排放，樹立保護水資源和防治水污染觀念。

參考文獻：

［1］李磊，黃壘，胡云壯，等.全國海岸帶地質環境綜合數據集［J］.中國地質，2019，46（增2）：9-37.

［2］周良勇，何起祥.歐美國家海洋-海岸帶地質調查概況［J］.國土資源情報，2003（10）：13-16.

［3］劉健，何起祥.加拿大海洋-海岸帶地質調查與“海底資源填圖計劃”［J］.海洋地質動態，2003（1）：26-28.

［4］趙銳，趙鵬.海岸帶概念與范圍的國際比較及界定研究［J］.海洋經濟，2014，4（1）：58-64.

［5］黃玲玲，成建梅，劉軍，等.海岸帶地質災害評估理論與方法研究進展［J］.水文地質工程地質，2009，36（1）：133-137.

［6］吳富強，徐小連.對海岸帶1∶5萬地質調查工作的思考［J］.地質學刊，2019，43（1）：129-135.

［7］張訓華，孫曉明，印萍，等.推進海岸帶綜合地質調查，為社會經濟持續發展提供支撐［J］.海洋地質前沿，2015，31（1）：1-8.

［8］王濤，計文化，胡建民，等.專題地質填圖及有關問題討論［J］.地質通報，2016，35（5）：633-641.

［9］蔡鋒，蘇賢澤，曹惠美，等.華南砂質海灘的動力地貌分析［J］.海洋學報，2005（2）：106-114.

［10］涂植鳳，楊帆.基于機載LIDAR技術的海岸帶防風暴潮能力評估［J］.海洋環境科學，2019，38（5）：745-750.

［11］周洋，朱恒華，劉治政，等.山東省海岸帶地區地下水有機污染特征分析［J］.山東國土資源，2020，36（8）：40-47.

［12］尹明泉，趙國鵬，王治良，等.山東省海岸帶城市建設面臨的地質環境因素淺析［J］.山東國土資源，2014，30（5）：47-49.

［13］莫杰，王文海，彭娜娜，等.我國海洋地質調查研究新進展［J］.中國地質調查，2017，4（4）：1-8.

［14］徐諒慧，李加林，李偉芳，等.人類活動對海岸帶資源環境的影響研究綜述［J］.南京師大學報（自然科學版），2014，37（3）：124-131.

［15］徐東霞，章光新.人類活動對中國濱海濕地的影響及其保護對策［J］.濕地科學，2007（3）：282-288.

［16］張中祥，羅斐，張海林.山東省地下水環境演化規律［J］.山東國土資源，2018，34（10）：79-85.

［17］吳亞楠.泰安市城區-舊縣水源地巖溶塌陷演化過程分析［J］.中國巖溶，2017，36（1）：94-100.

［18］王晗，高宗軍，林海斌.山東半島日照地區環境同位素特征研究［J］.地下水，2018，40（3）：4-8.

［19］奚德蔭.魯中南地區巖溶水文地質條件及其特征［J］.中國巖溶，1988，7（3）：43-48.

［20］梁永平，王維泰，趙春紅，等.中國北方巖溶水變化特征及其環境問題［J］.中國巖溶，2013，32（1）：34-42.

［21］李英英.河北省堯山井田地下水環境演化特征研究［J］.地下水，2020，42（5）：77-79.

［22］朱貴麟，張林友，李旭峰，等.青海共和盆地地下水演化特征及成因機制［J］.人民長江，2020，51（增2）：28-31，67.

［23］張敏，王敏，白楊，等.上海市生態系統質量評價及其演變特征分析研究［J］.環境污染與防治，2015，37（1）：46-51.

［24］高建飛，丁悌平，羅續榮，等.黃河水氫氧同位素組成的空間變化特征及其環境意義［J］.地質學報，2011，85（4）：1-7.

［25］李波，王金曉，趙無忌，等.萊蕪盆地牟汶河流域水體同位素特征與分析［J］.山東國土資源，2019，35（7）：58-63.

［26］馮建偉，李林，李辰舟.西非凱凱水電站地下水水化學特征及演化趨勢研究［J］.水利水電快報，2022，43（6）：125-131，142.

［27］王平，楊亮平，林曉靜，等.內蒙古河套平原高礦化咸水分布規律及成因分析［J］.人民長江，2018，49（1）：44-50.

（編輯：劉 媛）

Study on dynamic evolution characteristics of groundwater environment in coastal zone of Shandong Province

LI Bo1，2，GUAN Qin1，2，LIN Guangqi1，2，ZHANG Hailin1，2，ZHANG Yifei1，2

（1.801 Institute of Hydrogeology and Engineering Geology，Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources，Jinan 250014，China； 2.Shandong Engineering Research Center of Environmental Protection and Remediation on Groundwater，Jinan 250014，China）

Abstract：

In order to study the characteristics of groundwater environment in the coastal zone of Shandong Province，its groundwater dynamic field and hydrochemical field were analyzed based on monitoring data of different types of groundwater and combined with regional hydrogeological conditions.The results showed that the dynamic changes of groundwater level had obviously positive correlation with atmospheric precipitation，and it was also restricted by factors such as topography，groundwater exploitation intensity，etc.The hydrochemical characteristics of groundwater showed zonation from hilly region to the coastal area.In the past 40 years，the content of anion HCO-3 showed gradually decreasing tendency and the content of Cl- showed gradually increasing tendency；the content of cation Ca2+and Mg2+ showed gradually decreasing tendency，and the content of Na+gradually increasing tendency.The dynamic hydrochemical characteristics were mainly influenced by natural factors and human activities，with human influence being more significant.

Key words： groundwater environment；water level dynamics change；hydrochemical characteristics；coastal zone；Shandong Province

收稿日期：2022-02-18

基金項目：山東省地礦局2020年地質勘查和科技創新項目（202003，202014）

作者簡介：李 波，男，高級工程師，碩士，主要從事水文地質、工程地質、環境地質等方面的工作。E-mail：710445277@qq.com

通信作者：張海林，女，正高級工程師，碩士，主要從事水文地質、工程地質、環境地質等方面的工作。E-mail：63610572@qq.com