海水入侵的影響與分析

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地下水資源的可持續(xù)利用與保護對人類社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展史至關重要的。地下淡水和咸水之間存在著一個動態(tài)平衡的混合界面，淡水儲存一旦減少，平衡狀態(tài)被打破，該界面便會向陸移動，最終產(chǎn)生海水入侵。在綜合有關文獻的基礎上，本文介紹了國內(nèi)外海水入侵的現(xiàn)狀,闡述了沿海平原地區(qū)和基巖地區(qū)海水入侵的機理，以及海水入侵的平面和垂向分布，并說明了海水入侵的危害包括對農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)的影響、人口健康及社會穩(wěn)定的影響、導致生態(tài)系統(tǒng)失衡和耕地資源退化。接著描述了海水入侵的方式包括均勻入侵和非均勻入侵，最終根據(jù)海水入侵的主要原因提出了合理開采地下水、人工回灌淡水、農(nóng)田節(jié)水灌溉和遠距離調(diào)水補給和修建地下水庫等措施在防治海水入侵方面是行之有效的。

  關鍵詞：沿海地區(qū)；海水入侵；機理；分布；防治措施     1．緒論 沿海地區(qū)海水入侵地下含水層或河水地帶海水倒灌使咸潮影響帶擴大，并發(fā)生海水補給地下水的現(xiàn)象，稱為海水入侵。沿海城市是人口高度集中和經(jīng)濟快速發(fā)展的地區(qū)，對淡水資源的需求很大。由于超量開采，地下水水位持續(xù)大幅度下降可造成咸淡水界面發(fā)生變化，海水向淡水含水層侵入，地下水礦物度增高，水質(zhì)惡化。 目前，全世界已經(jīng)有幾十個國家和地區(qū)的幾百個地方發(fā)現(xiàn)了海水入侵問題，如荷蘭、德國、意大利、比利時、法國、希臘、西班牙、葡萄牙、英國、澳大利亞、美國、墨西哥、以色列、印度、菲律賓、印度尼西亞、巴基斯坦、日本、中國、埃及等。海水入侵給各國沿海地區(qū)帶來嚴重危害，造成巨大經(jīng)濟損失，嚴重阻礙經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展[1]。 沿海地區(qū)是中國經(jīng)濟發(fā)展的重點地區(qū)，20世紀80年代以來，我國渤海、黃海沿岸不同程度地出現(xiàn)了海水入侵加劇現(xiàn)象，全國總海水入侵量達1000km2。 所以研究海水入侵的問題變的越來越重要，我們要合理開采和有效分配水資源，同時采取積極措施，限制海水入侵。 2.海水入侵機理 海水入侵地下水是咸淡水相互作用;相互制約的流體動力學過程。在自然狀態(tài)下含水層中的咸、淡水保持著某種平衡，濱海地帶地下水水位自陸地向海洋方向傾斜，陸地地下水向海洋排泄，二者維持相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。兩者之間的過渡帶或臨界面基本穩(wěn)定，可以阻止海水入侵。然而，這種平衡狀態(tài)一旦被打破，咸淡水臨界面就要移動，以建立新的平衡。如果大量開采地下水或者河流入海徑流量減少，淡水壓力降低，臨界面就要向陸地方向移動，含水層中淡水的儲存空間被海水取代，于是就發(fā)生了海水入侵[3]。 對海岸帶含水層中海水—淡水關系的基本理論在國內(nèi)外已進行了研究。20世紀初，歐洲的某些濱海地區(qū)，在開發(fā)地下水的過程中率先發(fā)現(xiàn)了海水入侵問題。 3.海水入侵的平面和垂向分布 在易發(fā)生海水入侵的地區(qū)，根據(jù)電阻率和氯離子含量隨著深度的變化，將海水入侵程度分為三種類型： （1）未入侵類型：地下水氯離子含量小于100mg/L，曲線自上而下近于垂直，此類型一般均處于遠離海岸、地下水未開發(fā)或開發(fā)利用較少的地帶。 （2）輕度入侵類型：地下水氯離子含量隨著深度的增加，氯離子含量小于500mg/L。出現(xiàn)階梯狀變化，一般有兩個界面，此類型一般距海岸稍遠、地下水開發(fā)利用量接近可開采量的地帶。 （3）重度入侵類型：重度海水入侵可分為兩種情況：一種是上部輕微入侵，下部嚴重入侵，也呈現(xiàn)有兩種界面的階梯狀，只不過界面更為明顯，氯離子明顯更高；另一種情況是從縱向上全部咸化，沒有界面，其氯離子含量自上而下都很高，超過1000mg/L，此類型一般分布在距離海岸較近、地下水超采或嚴重超采的地帶[2]。 4.海水入侵的危害 海水入侵給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來了很大的危害，主要有以下方面。 （1）對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響:由于海水入侵，使地下水中氯離子含量不斷增加，一般都在800mg/L，有的地段達2000mg/L，長年用這樣的咸水灌溉，使土壤板結，植物枯萎，連年減產(chǎn)或絕收，萊田面積逐年減少，蔬菜品質(zhì)也大幅下降。另外，由于海水入侵，沿海地帶大片灌木死亡，喬木枯干、甚至死亡，玉米大豆缺苗不齊。 （2）對工業(yè)生產(chǎn)的影響:海水入侵區(qū)的工業(yè)企業(yè)也會受到影響。由于水質(zhì)惡化，水質(zhì)要求較高的企業(yè)不得不開辟新的水源地或實行遠距離異地供水，這不僅增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時也可能使新辟水源地遭受污染，擴大海水入侵范圍"沒有充足資金開辟新水源地的企業(yè)只能使用被海水污染的水源，結果使生產(chǎn)設備嚴重銹蝕，使用壽命縮短，更新周期加快，同時還造成產(chǎn)品質(zhì)量下降，有的企 業(yè)則被迫搬遷或停產(chǎn)。 （3）對人口健康及社會穩(wěn)定的影響:海水入侵使人口健康水平降低。由于淡水缺乏，海水入侵區(qū)的大量人口時?；虺Ｄ觑嬘孟趟?，導致地方病流行。許多人患甲狀腺腫大、氟斑牙、氟骨病、布氏菌病、肝吸蟲病等。據(jù)有關資料，山東萊州灣地區(qū)8縣市氟病患者人數(shù)達61萬，加上其他地方病，患者總數(shù)達68萬人。日本和美國的學者通過研究還發(fā)現(xiàn)，中風、幾種慢性心血管疾病及癌癥與飲用鹽份超標的地下水關系較為密切。 （4）土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡，耕地資源退化:濱海地區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)因受氣候及地下水含量變化的影響，土壤中的水分及營養(yǎng)元素很不穩(wěn)定。海水入侵后使地下咸水沿土壤毛細管上升進入耕作層，導致土壤發(fā)生鹽漬化"農(nóng)業(yè)長期利用高礦化度水進行灌溉，鹽分不斷在土壤表層聚積，導致其物理性狀變差，微生物活動減弱，有機質(zhì)下降，最終導致土壤肥力下降[4]。 5.海水入侵的方式及主要原因 5.1海水入侵的方式 根據(jù)全國的調(diào)查結果，海水入侵大體可分為均勻入侵和非均勻入侵兩種形式 （1）均勻入侵。主要發(fā)生在第四系松散巖層中，當含水層內(nèi)地下水開采超過可開采量、并持續(xù)相當長時段的情況下，海水便向內(nèi)陸相對均勻的含水層蔓延，海水呈面狀均勻地向含水層侵入，海水入侵較為緩慢，并隨降水或其他的地下水補給變化而變化。我國山東省萊州灣、河北省滄州市沿海以及青島市的局部地區(qū)的海水入侵即為該種方式。某些情況下，當裂隙巖溶成網(wǎng)狀均勻或基巖裂隙較均勻發(fā)育時，海水也表現(xiàn)出均勻入侵的特點，但其分布面積不大。 （2）非均勻入侵。主要分布在我國沿海地帶的半裸露裂隙巖溶分布區(qū)。由于地下水的超采，海水入侵呈非均質(zhì)裂隙巖溶的線狀及管道狀入侵。海水入侵是不均勻的，無論在水平方向上還是在垂直方向上都是有差異性的，表現(xiàn)出入侵面參差不齊的形態(tài)。大連市海水入侵區(qū)，在非均質(zhì)的線狀入侵中，水平方向距海近氯離子含量高，距海遠氯離子含量低的特點；垂直方向上為上淡下咸的趨勢[5]。 5.2海水入侵的主要原因 海水入侵必須具備兩個條件，其一是水動力條件，其二是水文地質(zhì)條件。這兩個條件必須同時具備，才會發(fā)生海水入侵，但是，人為的改變地下水動力條件才是發(fā)生海水入侵的主要原因。 （1）開采井的不合理布局和超量開采是海水入侵的最主要原因，不合理的開采必然會導致地下水動力場的均衡狀態(tài) （2）降雨量的影響。降雨量的多少直接影響著地下水補給量的多少。而往往在降雨量較少的年份，地下水開采量又偏大，使地下水的動力條件發(fā)生顯著變化。也就是說，降雨量小的年份，地下水補給量減少，開采量增加，淡水水位降低，極易發(fā)生海水入侵。 6.海水入侵的防止措施 6.1合理開采地下淡水資源，開源節(jié)流 解決淡水問題是減輕海水入侵的主要途徑。從沿海地區(qū)水資源供求情況來看，缺乏淡水已成定局。從長遠看，引調(diào)客水是控制沿海地區(qū)海水入侵的重要戰(zhàn)略措施。但從近期來看，通過工程措施和調(diào)度手段使水資源供需狀態(tài)趨于好轉更加切合實際。要合理布置開采井，放棄咸、淡水界面附近的抽水井，分散開采、定期停采或輪采地下水、縮短水位恢復時間，以防止形成降落漏斗。 6.2 開展人工回灌，引淡壓咸 開展人工回灌，補充地下淡水，提高濱海地區(qū)地下淡水的水位和流速，以淡水壓咸水，迫使海水后退，有效防止海水入侵?；毓嗨粗饕挟?shù)赜昙镜牡乇硭?、外地引水、處理后的廢污水等。   6.3阻隔水流 阻隔水流具體有設置隔水墻、修筑地下攔水壩、農(nóng)田暗管排水、深井排水、豎井排水等措施。通過設置隔水墻可使淡水和咸水分開，具體方法是灌注某種呈懸浮狀態(tài)的物質(zhì)，如高塑性粘土槳，使懸浮物充填土壤孔隙，形成不透水屏障。農(nóng)田暗管排水在排堿、除澇、防漬、降低地下水位等方面效果十分顯著，在工程截滲方面也行之有效。深溝排水在天津洼澇鹽堿地治理和改堿過程中已被廣泛采用，并取得一定成效。豎井排水是工程排水和農(nóng)田排水中行之有效的排水措施。通過截滲和農(nóng)田排水，可改善地下水水質(zhì)，補充承壓含水層水量，改善軟地層壓縮條件。 6.4 改善生態(tài)環(huán)境 通過興修水利工程，調(diào)整種植業(yè)結構，植樹造林，發(fā)展畜牧等措施，在海水入侵區(qū)建立結構合理、功能穩(wěn)定、經(jīng)濟效益高的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟體系，提高抗災能力，緩解海水入侵災害帶來的不利影響。 6.5 建立沿海地區(qū)地下水監(jiān)測系統(tǒng) 建立沿海地區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，進行水位、水化學監(jiān)測，必要時輔以海水水文動態(tài)監(jiān)測。根據(jù)海水入侵的形成機制和入侵規(guī)律，預測海水入侵速率、規(guī)模和危害范圍，從而為有效防治海水入侵提供科學依據(jù)[6]。 7.總結 沿海地區(qū)陸地淡水與海水之間存在著一個動態(tài)平衡的臨界面。一旦大量開采地下水或海平面上升，將導致平衡狀態(tài)的破壞，該臨界面就要向陸地移動，含水層中淡水的儲存空間被海水取代，結果就會發(fā)生海水入侵。影響海水入侵的因素除了有水文地質(zhì)條件和地形地貌條件之外，氣候條件和人類活動則是產(chǎn)生海水入侵的重要因素。海水入侵可導致沿海地區(qū)水質(zhì)惡化，灌溉用水源地減少；土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡，耕地資源退化；使工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到影響；降低人口健康水平，影響社會穩(wěn)定；最后必將導致自然生態(tài)環(huán)境的惡化。防治沿海地區(qū)海水入侵的措施主要有：合理開采地下淡水資源，開源節(jié)流；開展人工回灌，引淡壓咸；設置隔水墻、修筑地下攔水壩等阻隔水流；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，改善生態(tài)環(huán)境。     參考文獻 ［1］蔡祖煌，馬風山.海水入侵的基本理論及其在入侵發(fā)展預測中的應用【J】.中國地質(zhì)災                              害與防治學報，1996,7(3)：1-9. ［2］尹澤生，林文盤，楊小軍．海水入侵研究的現(xiàn)狀與問題【J】.地理研究，1991,10(3)：         78-85. ［3］王大純，張人權，史毅虹等，水文地質(zhì)學基礎【D】.北京：地質(zhì)出版社，  1994 ［4］莊振業(yè)，劉冬雁，等.萊州灣沿岸平原海水入侵災害的發(fā)展進程【J】．青島                                海洋大學學報，1999 ［5］馬風山，蔡祖煌，等．海水入侵機理及其防治措施【J】．中國地質(zhì)災害與防治學報，      1997，8(4)；16-22. ［6］李國敏，陳崇希．海水入侵研究現(xiàn)狀與展望【J】．地學前緣，1996，3(1,2)：161—167．