錦州市海水入侵現狀及成因分析

周 宇

（遼寧省河庫管理服務中心（遼寧省水文局）,遼寧 沈陽 110000）

海水入侵是濱海區地下咸水或海水在人為或自然因素作用下向陸地方向不斷擴侵,破壞淡水資源和海水-淡水平衡,并對入侵區內工農業生產和人畜生活用水造成影響的過程或現象,這種地質災害是由流體移動所引起的[1-2]。近年來,受人類活動影響海水入侵逐漸成為現代社會面臨的重要環境問題,特別是沿海地區面臨著日益嚴峻的海水入侵形勢[3]。世界各國沿海地區都在一定程度上存在海水入侵的現象,給當地經濟建設和可持續發展帶來嚴重制約。

錦州市是我國北方嚴重缺水城市之一,自1980年以來錦州沿海地區因過量開采地下水導致了海水入侵現象的發生。近幾年海水入侵日益嚴重,尤其在大小凌河扇地,隨著經濟的發展取水量不斷加大,扇地內采補嚴重失衡,地下水位下降,取水漏斗不斷加深和擴大,海水入侵嚴重地威脅著錦州工業生產和人民生活用水安全,為此有必要全面調查分析海水入侵現狀及成因。

1 研究區概況

1.1 氣象特征

錦州市地處遼寧省西南部,海岸線124 km,近海水域12萬hm2,總面積10301 km2。研究區屬暖溫帶半濕潤氣候,降雨時空分布不均,年均降水量567 mm,其中60%～70%發生在夏季,高溫高濕、雨水集中,年均氣溫7.8℃～9.0℃。

1.2 水文地質特征

研究區處華北地層區,屬新華夏構造體系,第二巨型沉降帶與第三巨型隆起帶過渡區,地層發育出露齊全、巖體廣布、地質構造復雜。低山丘陵區出露地層以晚期居多,變質巖分布面積相對較小,碳酸鹽巖呈條帶狀分布,礫巖、頁巖覆蓋于各構造盆地。第四紀相對比較發育以黃土及黃土狀堆積為主,河流兩側發育沖積、沖洪積物。山丘表層多為黃土及風化巖土,下部均由花崗巖、片麻巖、混合巖、火山碎屑巖等變質系組成。平原區多由亞粘土及含礫中粗砂組成。

水量豐富區主要分布于大凌河、小凌河、女兒河、百股河扇地及邊緣地段,主要含水層巖性為沖洪積,河礫卵石,沙礫石,砂碎石等滲透性較好,含水層厚10 m～50 m。水量貧乏區、帶狀或零量分布山前一帶,含水層巖性為沙礫石混土及沙礫石、砂碎石透鏡體含水層1 m～5 m。

2 海水入現狀

2.1 海水入侵范圍核定

本文主要通過收集資料、化驗監測井氯離子濃度以及引發問題調查3種方法來確定海水入侵范圍[4-6]。

2.1.1 收集資料方法

（1）收集水利部門以往監測與評價成果、海侵普查及研究項目資料。收集2003年地下水大規模開發利用前（或已有更早時間的相關資料）、2011年海侵監測站監測數據成果及海侵區范圍圖。地下水大規模開發利用前的相關資料可以參考2003年遼寧省沿海地區海水入侵普查報告（或已有更早時間的相關資料）。

（2）收集國土資源部門和海洋漁業部門的監測、調查評價資料。國土部門主要是地質環境監測站；海洋漁業部門主要是海洋漁業廳的下屬單位進行海侵監測,每年海洋漁業廳發布上一年的《海洋環境狀況公報》。

2.1.2 實際監測方法

通過化驗地下水氯離子濃度確定海侵區范圍的方法是確定海侵區范圍的通用方法,優先采取此方法。為了調查海水入侵區,需要在海岸線范圍內科學合理的確定調查區,所以海水入侵調查范圍要比海水入侵范圍大的多,需要全范圍、高密度的井點監測資料,具體的調查步驟如下：

步驟1：根據以往監測與評價成果或者通過走訪水利部門與當地群眾,大致圈定發生海水入侵的邊界帶,該地帶至海岸線為海水入侵區。

步驟2：在大致圈定的海水入侵區布設監測井網。在初步圈定的海水入侵區外邊界布設垂直于海岸線的監測斷面,在監測斷面附近尋找監測井。各斷面應布設3～5個監測站,結合錦州市實際情況在海水入侵區、未入侵區和過渡帶布設3個監測站。

步驟3：通過現場簡易滴定分析或者便攜式水質監測設備監測,初步確定氯離子濃度。根據初步檢測結果,進行站網調整,最終確定取樣監測井,進行取樣化驗。

對于取樣化驗,采用地下水井采樣時嚴格執行《水環境監測規范》,取樣位置應低于地下水面0.5 m；采用機井泵采樣時應排出抽水管道中停滯的水,新水更替后再采樣；自留地下水應在水流流出處或水流匯集處采樣；對于生產井,加氯前采樣,要保證水樣的代表性。樣品保存執行《地下水環境監測技術規范》和《水環境監測規范》的要求,由于僅對水中Cl-進行分析,因此樣品可用2.5 L玻璃瓶采集,采集后在24 h內盡快分析。根據有關要求要求,確定海水入侵區水質監測項目為Cl-,分析方法為硝酸銀滴定法。

步驟4：取樣檢測氯離子應符合地下水質監測要求,監測斷面上的監測井要根據初步化驗結果調整監測井距離,保證能繪制氯離子濃度等值線,氯離子濃度等值線至少要能確定250 mg/L～1000 mg/L濃度變化情況。

經監測,Cl-≥250 mg/L的范圍為海水入侵區,劃定海侵區范圍要考慮當地水文地質條件,不能通過僅有的幾個監測井的監測結果大范圍畫海侵區,必須分析水文地質條件、分析海侵的成因類型,將沒有地下水分布的基巖地區排除在外。另外,水文地質情況可參考當地1∶20萬區域水文地質圖及區域水文地質普查報告。

步驟5：同一個地點盡量在2個不同的井取樣化驗,如果出現臨近井水質化驗結果差異較大的,要分析原因,或者補測、采用符合當地情況的井的化驗結果。井點選用農用井、機電井,為控制密度對相關區域現有的機電井盡可能地全面采樣,對井點稀少區域的廢棄井、蔬菜大棚井、民用大口井也進行調查采樣,并搜集地方自來水公司（地下水源）近年來有關水廠的水質化驗數據。

本次共在海侵疑似區進行了2次采樣及化驗,第一次為8月下旬,第二次為11月,兩次成果見表1、表2。根據監測結果,按照Cl-濃度小于250 mg/L為無入侵區,250 mg/L～1000 mg/L范圍為輕度入侵區,大于1000 mg/L為嚴重入侵區[7]。

表1 海水入侵采樣化驗結果（8月下旬）

表2 海水入侵采樣化驗結果（11月）

2.1.3 引發問題方法

海侵區還包括由于海侵已經產生實際問題的區域,所產生的問題主要是當地居民水源井因海水入侵變成無法飲用的咸水,由此導致的水井報廢；農灌井變咸不能用于灌溉或者農作物減產明顯；漁場養殖是否對周邊地下水水質有影響等[8-10]。

2.2 海水入侵范圍核定

根據上述海侵區的確定方法,確定錦州市共有2處海侵區,分別為錦州市區娘娘宮街道-松山街道-建業鎮沿海的部分村屯,凌海市大有街道的部分村屯。

2.3 海水入侵成因分析

根據海水入侵的方式及錦州海岸的砂質構造,錦州2處海侵為面狀入侵,錦州2處海水入侵加劇的主要原因除水文、地質、渤海潮汐等自然因素外,還存在攔海養殖致使入海淡水量減少、地下水位下降、地下水超量開采以及人為提高海平面高度等自然因素,最終導致咸淡水過渡帶向內陸地區移動[11-12]。其中,自然因素條件不僅為海水入侵提供了必要的客觀條件,更重要的是為海水入侵提供了入侵途徑和通道,控制著海水入侵的方向和程度；另外,隨著社會的發展,人類改造自然能力的提高,導致全球生態環境變化,新的因素又增加了海水入侵嚴重程度。

3 結論

本文采用收集資料、化驗監測井氯離子濃度以及引發問題調查3種方法來確定錦州市海水入侵范圍,結果顯示錦州市共有2處海侵區,分別為錦州市區娘娘宮街道-松山街道-建業鎮沿海的部分村屯,凌海市大有街道的部分村屯。錦州2處海侵區的入侵成因主要為沿岸水文地質條件及海岸地質組成,其次為人為因素。研究成果可以為錦州市制定海水入侵區地下水壓采目標和措施提供科學參考,為壓減地下水超采量、嚴控地下水開采以及實現采補平衡提供一定支持。