（环境科学专业论文）胶莱人工海河沿线地质环境分析及可能的海水入侵预测.pdf

a b s t r a c t j i a o l a im a n - m a d ec a n a li sam a i l m a d ec a n a li nt h eh i s t o r y ，o v e rt h el a s tt w o y e a r s ，i t w a ss u g g e s t e dt h a tt h ei d e ao fr e o p e n i n gt h ec a n a l o fc o u r s e ，i ft h er e o p e n i n go ft h e c a n a la f t e rt h ei d e ao ft h ee x p e c t e d ，i t ss i g n i f i c a n c em a yb ev a r i o u s b u tj i a o l a im a n m a d e c a n a li sat h i n gt h a tr e l a t e dt ot h es h a n d o n ga n de v e ns u r r o u n db o h a ia n dh u a n g h a ia r e a s e c o l o g i c a l ，e c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti m p o r t a n ts y s t e m se n g i n e e r i n g ，t h ep r o j e c t si s r e l a t e dt ob o h a ia n dh u a n g h m ，a n da l s or e l a t r dt ot h en a t u r a le n v i r o n m e n t ，e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ，e c o n o m i cs t r u c t u r e ，s o c i a le n v i r o n m e n ti m p o r t a n tc h a n g e ，i n s t i t u t eo ft h e p r o b l e m sf a c e db yp r o p h a s ei sc h a l l e n g i n g t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h ee x t e n s i v ec o l l e c t i o no ft h ep r e d e c e s s o r sr e s e a r c hd a t aa n d t h e o r e t i c a lr e s u l t s ，s e l e c ta 】o n gj i a o l a im a n - m a d ec a n a l15 k r na sr e s e a r c ha r e a ，f o rg e o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ，h y d r o g e o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，d y n a m i cg r o u n d w a t e re n v i r o n m e n ts u r v e ya n d a n a l y s i ，a c c o r d i n gt om o n i t o r i n gd a t af r o m2 0 0 1y e a r st o2 0 0 5y e a r s ，a n du s es u r f e r 8 0 s o f t w a r ed r a w i n gt h ew a t e rl e v e le l e v a t i o nc o n t o u rm a po nt h eb a s i so fw h e t h e rt h e f o r m a t i o no fs e a w a t e ri n t r u s i o n a n a l y s i s i n gt h es t u d ya r e at h es i t u a t i o no fg r o u n d w a t e r d e p r e s s i o nc o n e s a n dt h eu s eo fa h p f o rp o s s i b l ed i s a s t e r s ，t h er i s ko fs e a w a t e ri n t r u s i o n d i s t r i c te v a l u a t i o n d i s t a n c et op r e d i c ts e a w a t e ri n t r u s i o n j i a o l a im a n u a lh a i h er i v e rp r o j e c t s t u d yt h eb a s i so fg e o l o g y k e y w o r d s ：j i a o l a im a n m a d ec a n a l ：s e a w a t e ri n t r u s i o n ；l s o g r a m ：a h p 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：峰豸日期：y 哆年月，咱 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密讲 ( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：晦勇 导师签名： 儒每掘 吼叩年厂月伽 日期：叩年厂月f 调 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 青岛大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 胶莱人工海河工程，就是在现有胶莱河的基础上开挖整治、加宽加深，使之变成 一条能通万吨巨轮的大运河，建造一条长度仅次于苏伊士运河的“世界第二大人工海 河。 1 1 1 项目简介 渤海是一个半封闭的内海，水体交换能力很差，整个水体循环周期约需3 0 年或更 长的时间。渤海每年接纳的陆源污水量达4 0 亿吨，各类污染物高达1 4 0 万吨，受污染的 面积从1 9 9 2 年的2 5 上升到目前的6 0 。 面对越来越严重的水体污染，有关专家强烈呼吁，渤海、莱州湾渔业资源趋于衰 竭，优质鱼虾类已形不成鱼汛。海水倒灌，土地盐渍化加剧，湿地生态系统退化，自 然风景区遭到破坏。因此，要尽快采取措施改变目前的状况。2 0 0 4 年，提案发起人、山 东省海洋渔业厅副厅长王诗成在经过多次考察后，提出了开凿胶莱人工海河的初步设 想。“沟通两湾和黄海、渤海，形成半岛环流，加快两湾水循环，通过自净的方式来自 救! ”经过反复考虑以及专家论证，王诗成于2 0 0 6 年1 月正式向山东省政协提出了从莱州 湾至胶州湾开通人工海河的预案，并被山东省政协九届四次会议列为重点提案审议【l j ， 该提案指出：投资千亿元，开凿一条人工大运河，贯通胶州湾和莱州湾，形成渤海、 黄海大环流，改善海洋生态环境，并形成一条航运通道，促进沿线区域经济发展。2 0 0 7 年6 月初，中国修建“世界环保第一河”这一惊世构想又有新进展。据国家官方媒体报道， 国家发改委已同意把胶莱大运河可行性方案论证的项目纳入渤海环境治理规划中，并 从规划资金中拨款5 0 0 万进行方案论证。这标志着该项目又进入了一个关键阶段。 1 1 2 项目利弊分析 “胶莱人工海河”这条人工海河，将贯通胶莱两湾，形成渤海、黄海大环流，增强 两湾水交换能力，改善海洋生态环境；开辟贯穿黄渤海的航运通道，使之成为中国的 苏伊士运河，打造一条贯穿山东南北、改变山东全省经济格局的经济走廊。人工海河 从空间上大大缩短了山东半岛以南沿海港口到渤海西部沿岸港口的距离，提供了新的 通航线路，沿线的潍坊市、青岛市、烟台市所属市县将成为沿海河的内河港口城市。 例如上海、连云港、青岛和日照到秦皇岛、天津、东营、潍坊等港口的通航距离将缩 短约2 0 0 0 公里，“航运功能带来的经济效益将是直接而巨大的”【2 】。 此外，“胶莱人工海河”将直接连通黄海和渤海，大大缩短从渤海到黄海空间距离 l 绪论 和船只航行时间，其国防战略意义不言而喻。 人工海河将使山东增加2 6 0 多公里的黄金海岸线，形成海河两岸生态经济开发区、 旅游区和城市走廊，沿海河两岸将形成一条南北贯通山东省的“经济走廊”：青岛港的 龙头地位将更加突出，不靠海的平度市、高密市将成为重要的海河港e l 城市，莱州、 昌邑的港e l 优势凸现，东营、滨州地域优势迸一步显现，而山东省经济东高西低的两 极格局也将被重新塑造1 3 】。 但是开通胶莱运河会将海水引入陆地，因此将存在海水污染土地、污染水资源、污 染生态环境等问题。目前，研究区内，地下水超采，并存在一定的地下水漏斗，海水的引 入可能会导致一定程度的海水入侵。 1 1 3 研究意义 山东的淡水资源比较贫乏，人均仅占有5 2 0 k m 3 ，为全国人均占有量的1 8 8 ，为世 界人均占有量的3 6 。胶莱海河所经地区系潍河、大沽河、胶莱河冲积而成，土层深 厚、农耕发达。胶莱人工海河沿途将穿越胶州市、平度市与潍坊市、昌邑市、莱州市，其 中胶州、平度、昌邑、莱州4 市耕地面积达6 0 6 万亩( 4 0 0 0 k m 2 ) ，有效灌溉面积约达3 9 7 万亩( 2 6 5 0 k m 2 1 。仅平度、莱州市就有机井4 3 2 0 0 多眼。区内耕地为两年三作或一年二作， 被誉为“山东粮仓”。开凿深度达海平面以下1 2 - - - 5 m 、宽度1 0 0 0 m 、表面积11 0 k m 2 的胶 莱人工海河能否形成大面积的海水入侵，对地下水资源产生影响是一个很关键的问题， 因此对其可能形成的海水入侵进行研究评价是很有必要的。 1 2 海水入侵原理 天然状态下，沿海地带含水层的咸淡水保持着相对平衡：一方面，地下水位自陆地 向海洋方向倾斜，地下水向海洋排泄；另一方面，由于海水的密度p 。大于淡水的密度 p f ，必然会有一部分海水向陆地移动，通常情况下前者大于后者，即排入海洋的淡水多 于流入陆地的海水，从而保证了沿海地区的含水层不被海水入侵。地下淡水向海排泄 与咸水向陆移动的过程中，两者因扩散和弥散而形成一定宽度的过渡带( 图1 1 ) ，在 咸淡水平衡条件下，过渡带基本稳定，当外界条件发生改变，咸淡水平衡就会遭到破 坏，过渡带发生相应移动，g h y b e n h e r z b e r g 公式简单清楚地解释了这一现象的发生。 2 青岛大学硕士学位论文 地l 酊 图1 1海水与地下淡水平衡示意图 在不考虑海水回流、淡水入海流等情况及假定过渡带为一突变界面的基础上，根 据咸淡水界面上任一点处淡水压强与咸水压强相平衡的原理，g h y b e n h e r z b e r g 公式表 示为： ( z + h f ) p 尸p 。 ( 1 - 1 ) 式中：p f 、p 。分别为淡水密度和海水密度；h f 、z 分别为离海岸某一距离处，淡水 高出海面的高度和界面位于海面以下的深度 通常状况下9 s - - 1 0 2 5 9 e r a 3 ，将其与p f = 1 0 0 0g c m 3 ，代入式( 1 - 1 ) 得： z = 4 0 h f( 1 2 ) 即在离海岸任一距离上，稳定界面在海面以下的深度为该处淡水高出海面高度的 4 0 倍。也就是说，海平面以上地下淡水下降1 个单位高度，海平面以下咸淡水界面必 将迅速上升4 0 个单位高度，也可以这样理解：在自然和人为条件下，海平面以上淡水 高度稍有降幅，海平面以下咸淡水平衡必将遭到破坏，海水及过渡带必然向陆地移动， 致使原来充满淡水的含水层部分被海水填充，便产生了海水入侵，而当地下水位降低 到海平面( h f - 0 时，z 也变为o ，即咸淡水界面上升到海平面，整个地下水淡水层全部 成化。 对于渗透性极强的含水层，可利用式( 1 2 ) 直接进行近似计算；对于渗透性较弱 的含水层，由于咸淡水界面在向淡水体运动的过程中受到阻力，造成水头损失，致使 推进速度减慢，含水层的渗透性能越差，推进速度越慢，反之亦然。因此，有些地区 地下淡水水位较之天然状态稍降幅，就发生了海水入侵；而有些地区，地下淡水水位 已降到海平面以下几米，甚至几十米也未发生海水入侵。 海水入侵一旦发生，通常经历初始、加剧、减缓三个阶段，整个过程相当复杂， 实质是渗流与弥散平衡的破坏和重建。当沿海地带大量开采地下水后，海水入侵的变 化以人为过程为主；随着地下水的过量开采，海水入侵进入发展阶段，入侵发展的原 3 绪论 因是入侵阻力的减弱以及动力与阻力间原有动态平衡的破坏。当淡水大量开采形成的 地下水位降落漏斗边缘扩展到咸淡水分界面时，由于地下水位的下降，从而引起海水 入侵内陆，为其初始阶段。随着海水入侵的发展和地下水位降落漏斗的扩展，当咸淡 水分界面移动到漏斗靠海一侧的地下分水岭后，淡水向海渗流反向，由向海变为向陆 即淡水向漏斗中心渗流，原来海水入侵的阻力异化为动力，与咸水向陆渗流和弥散一 起使分界面向陆移动，海水入侵加剧发展。在地下水集中开采中心位置不变的条件下 当咸淡水分界面越过漏斗中心线时，淡水向海渗流恢复，正向海水入侵阻力重现，并 与咸水向陆渗流与弥散两个动力重新建立平衡，海水入侵逐渐减缓至终止。海水入侵 发展行将终止前，集中开采带中心处已为咸水所占，采出咸水无法利用，可能导致水 源的报废。如果把水源地向陆内迁，则上述各阶段将重新出现，形成恶性循环1 4 1 。 1 3 国内外研究现状 自海水入侵在世界范围出现以来，因其严重影响了人们的正常生活及阻碍了社会 经济的发展，从而引起各国专家、学者的普遍关注，百年来海水入侵的理论研究从未 中断，取得了丰硕的成果。 1 3 1 国外研究现状 国外，海水入侵的研究最早起始于十九世纪末，经历了从理论假设到合理概化； 从理论模型、室内实验模型到数值模型漫长的发展过程【5 】。通常海水入侵模型分为突变 界面模型和过渡带模型两类。除模型研究外，各国对海水入侵其它方面研究也给予了 充分的重视，不少学者对海水入侵现状、基本原理、发生所具备的地质条件、地下水 开采影响、计算方法、监测技术及滨海地区淡水资源管理等方面均做了大量的研究， 其中以西班牙学者c u s t o d i o 最为著名，他所编写滨海地区地下水问题( 1 9 8 7 ) 对世 界各国研究海水入侵起到了巨大的推动作用，在海水入侵研究史上功不可没【6 】。美国 咸水入侵调查( 1 9 7 7 ) 和美国咸水入侵现状与潜在问题( 1 9 8 6 ) 总结了美国自v 二十世纪五十年代以来海水入侵的主要研究成果，如海水入侵通道、隐状断裂对海水 入侵的影响、咸淡水界面变化规律、咸淡水关系定量研究等，两本专著的出版进一步 促进了美国海水入侵的研究 7 1 。b e a r ( 1 9 7 2 、1 9 7 9 ) 的多孔介质流体动力学和地下 水水力学两本著作，给出了咸淡水界面严格的数学描述，成为海水入侵的指导性文 献【8 1 。欧洲学者自1 9 6 8 年后每隔两年召开一次海水入侵问题的学术会议，对各国海水 入侵研究状况及发展情况进行交流、总结，对海水入侵研究工作起到良好的促进作用。 各国的研究机构根据需要选择了不同的海水入侵典型地区对海水入侵进行了深入研 究，并因地制宜地采取措施对海水入侵加以控制。例如：1 9 6 5 年开始，西班牙东比利 牛斯水管理局和巴塞罗那理工大学对西班牙地中海沿岸海水入侵进行研究，研究内容 4 青岛大学硕士学位论文 包括：地下水流动与盐度关系、海水入侵预测、海水入侵管理及治理等方面1 9 1 。澳大利 亚墨尔本、堪培拉、悉尼等地自二十世纪六十年代发现海水入侵现象，已在多处布置 监测，制定若干用水计划，采取一些工程措施，使海水入侵危害得到一定缓解【l o 】。日 本对静岗县富士市、西大阪地区的海水入侵规律进行监测，制定节水法规，开辟新水 源以减轻海水入侵的危害。从二十世纪五十年代开始，洛山矶先后建成并投入运行了 三个隔离工程，它们是：西海岸流域、a l a m i t o s 和d o m i n g u e z 隔离工程，经过多年运 行证明，在这三个地区，海水已被有效阻刚】。 1 3 2 国内研究现状 我国海水入侵研究的起步较晚，仅开始于1 9 7 5 年，距今只有三十余年的历史。但 因其海水入侵发生后所产生的危害在极短的时间内严重影响了社会经济发展和人民正 常生活，各级政府和人民群众倍加关注，因此海水入侵研究得到迅速发展，已经从单 一问题的研究迈入综合性研究阶段。较为典型的例子有：蔡祖煌、马风山( 1 9 9 6 ) 在 分析海水入侵的基本事实、基本矛盾和各发展阶段发展原因的基础上，提出了海水入 侵的基本理论，同时把研究史上各阶段的海水入侵理论视为基本理论在不同条件下的 特例，并应用所建立的基本理论，在山东省广饶县不同的地下水开采条件下，对海水 入侵发展趋势作了预测，以提出相应的防治建议【1 2 】。李新运等( 1 9 9 4 ) 利用灰色系统 理论建立了莱州湾东南岸海水入侵和地下水位负值面积的动态模型，拟合精度较高， 由拟合结果可以看出，该地区地下水降落漏斗面积正在扩大，海水入侵程度日趋严重， 与真实情况相符【1 3 】。针对莱州市海水入侵现状，莱州市提出防治海水入侵修复生态与 环境的基本思路，即采取拦、调、控、测等综合措施，涵养水源，改善生态，防治海 水入侵，经过连续几年的不懈努力，已初显成效【1 4 】。毛浩、刘孟玉等( 2 0 0 4 ) 对东营市海 水入侵现状研究后提出：采取行政、经济、技术等措施对地下水资源进行保护，防止 和缓解海水入侵【1 5 】。姚普、姜振泉等( 2 0 0 6 ) 对烟台市海水入侵程度及影响因素进行 探讨，认为烟台市海水入侵程度与区内地下水动态关联密切i l6 | 。王丹、李昌存( 2 0 0 6 ) 对唐山沿海地区海水入侵区的历史和现状进行研究，提出严格控制地下水开采，建造 拦蓄工程和地下水库，加强对海水入侵的监测，搞好水土保持等措施【1 7 j 。隋志玲、宋 明政等分析了威海市海水入侵现状，提出拦蓄补源、按照统一规划，统一高度，统一 发放取水许可证等原则，加强全市地下水资源的统一管理、建立完善水动态监测网络、 加大宣传力度、提倡节约用水【1 8 】。刘贤赵( 2 0 0 6 ) 针对山东省莱州湾地区海水入侵的 实际，分析了海水入侵灾害发生的环境背景和条件，从农业可持续发展的角度提出实 施“开源节流，拦蓄补源”，调整农业结构和发展生态农业是综合防治海水入侵、实现 农业可持续发展的重要措施i l 引。 纵观国内外对海水入侵的研究状况，我们发现各国学者对海水入侵研究普遍集中 5 绪论 在海水入侵的模型性研究，提出海水入侵的危害及入侵的状况，研究区域基本都集中 在沿海地区，很少涉及到工程建设对内陆地区海水入侵灾害的影响这研究。本次研 究选择可能开通的胶莱人工运河作为研究对象，使用水文系统五年( 2 0 0 1 年2 0 0 5 年) 来全面的观测资料做参考，利用s u r f e r 软件绘制出运河两岸的水位标高等值线图，分 析其海水入侵的可能性，然后运用层次分析法对可能发生海水入侵的地区进行海水入 侵灾害危险性评价，并提出相应的建议性措施。 1 4 研究内容和技术路线 1 4 1 研究内容 本文在广泛收集前人研究资料和理论成果的基础上，选取胶莱人工海河沿线各 1 5 k m 的范围为研究区，对其进行地质环境、水文地质环境、地下水环境动态调查和分 析，根据监测数据利用s u r f e r 8 0 软件作出水位标高的等值线图，为是否形成海水入侵 提供依据，并进行可能的海水入侵灾害危险性评价，对海水入侵距离进行预测，为胶 莱人工海河工程提供地学依据。 本文主要研究内容为： 1 在收集研究沿线地理与地质环境条件资料的基础上，通过野外地质调查、监测和 室内资料整理，综合分析胶莱人工海河沿线影响海水入侵的因素，并总结其分布特征。 2 对研究区进行海水入侵危险性评价，具体内容包括： ( 1 ) 根据潍坊和青岛水文监测站的数据，利用s u r f e r 8 0 软件制作水位标高等值线图， 并沿胶莱运河方向作剖面图，分析其海水入侵的可能性； ( 2 ) 根据研究区的地质特征，分析其地下水降落漏斗情况，并在获得的资料及前人 工作的经验积累的基础上，咨询有关专家，运用层次分析法确定指标权重，对研究区 海水入侵危险性进行分区评价： ( 3 ) 根据评价模型的特点，选择合理的指标量化方法； h ) 运用评价模型进行计算，并进行校正，最后得出评价结果。 3 对评价结果进行分析，并预测其海水入侵距离。 1 4 。2 技术路线 本课题研究思路建立在广泛收集阅读国内外科研资料的基础上，采用野外调 研，室内分析计算相结合，选取适当的模型，按以下技术路线来实施完成本论文。 具体内容为： ( 1 ) 资料收集：选择研究区，通过已有资料分析、野外调查等工作，全面收集区 域内的气象、水文、地质、水文地质、工程地质、环境地质、地质灾害现状等资料， 并进行整理、分类，为研究提供第一手基础资料。 6 青岛大学硕士学位论文 ( 2 ) 评价因子体系的建立：根据获得的资料及前人工作经验和成果，并咨询有关 专家，建立地质灾害易发程度分区评价因子体系及分级标准；探讨因子的量化方法，因 子的优化筛选方法以及因子的权重确定方法。 ( 3 ) 评价的理论方法研究：针对研究区的实际情况，研究海水入侵灾害评价的理 论和方法，然后选取构建适当的评价模型。 ( 4 ) 计算分析：根据野外调查资料，计算分析，对研究区可能发生海水入侵灾害 的地区进行分区评价。 ( 5 ) 结论建议：对胶莱人工海河沿线海水入侵灾害提出结论建议。 7 研究区概况 第二章研究区概况 2 1 自然地理和社会经济概况 图2 1 研究区位置图 青岛大学硕士学位论文 胶莱运河经过潍坊的昌邑、高密，青岛的平度、胶州，烟台的莱州。根据山东半 岛胶莱人工海河工程的构想，将研究区拟定为沿胶莱河两侧各1 5 k m 的范围，地理坐标 为东经1 1 9 。2 2 ，_ 1 2 0 。1 2 ，北纬3 6 。1 0 ，_ 3 7 。0 9 ，面积约为3 5 0 7 k m 2 。该区域属于半岛城 市群及其延伸区，是山东省重要的工农业区，交通便利，工农业发达。( 见图2 1 ) 。 2 2 气象和水文 2 2 1 气象 研究区以季风气候为主，冬暖夏凉，四季分明，多年平均降水量5 3 7 3 m m ，在地 域上，从南向北递减。 其中青岛市属华北暖温带海洋性季风气候，由于受海洋环境的影响和调节，具有 较明显的海洋性气候特点，空气湿润，气候温和，雨量较多，四季分明，具春迟、夏 凉、秋爽、冬长的特征。据近百年气象资料统计，年均气温1 2 2 。c ，春季- 0 6 1 1 1 ， 易出现低温，春末干燥多风，春旱；夏季2 1 , - , , 2 6 。c ，最高出现在八月，极端最高3 6 2 。c ( 1 9 3 9 年7 月3 1 日) ，盛吹来自海洋的季风，气候凉爽宜人；秋季7 - 2 0 ，冬季2 5 0 2 。c ，最低温在1 月，极端最低气温1 6 4 c ( 1 9 3 1 年1 月1 0 日) 。据气象观测资料统 计，全市平均降水量6 8 8 3 m m ( 1 8 9 8 , - - - - 2 0 0 5 年) ，降水特点有一定时空分布规律：其一、 年内各季分配不均，汛期( 6 - - 9 月) 占7 0 - - - 7 6 ，多集中于几次暴雨，枯水期( 3 - - 5 月) 占1 3 5 ，平水期仅占5 0 2 ；其二、年际间降水量变化悬殊，枯水年系列持续时 间较长；其三、在地域上，从沿海至内陆呈递减趋势，在山区具垂向分带性，自高向 低递减。 潍坊市属北温带季风区，四季分明。多年平均气温1 2 - 1 2 5 。c 。1 月份为全年最冷 月，全市日平均气温为2 5 3 5 。c ，7 月份气温最高，全市日平均气温为2 5 5 2 6 5 。 2 0 0 1 - 2 0 0 5 年潍坊市年平均气温为1 3 6 c ，1 月份平均气温为2 5 c ，7 月份平均气温 为2 8 6 c 。潍坊市多年( 1 9 7 1 - - 2 0 0 5 ) 平均降水量为6 2 0 r a m ，最大年降水量为9 3 2 7 m m ( 1 9 9 0 ) ，最小年降水量为3 5 7 5 m m ( 1 9 8 0 ) ，其具有以下特征：近五年平均降水量为 6 7 2 3 m m ，高于多年平均降水量，比上阶段( 1 9 9 6 - - - - 2 0 0 0 年) 平均降水量增加了8 0 2 m m 。 近五年平均降水量最大的年份2 0 0 3 年，平均降水为8 3 0 2 r a m ，平均降水量最小的年份 为2 0 0 2 年，降水量为4 2 0 9 m m 。降水量年内分布特点为多集中在6 - - 9 月份，占全年 总降水量的6 2 - - 7 7 ( 见图2 2 ) 。 9 研究区概况 圆 图2 2青岛和潍坊各地降雨量围 2 2 2 水文 大沽河源于招远市阜山，在莱西市道子泊村北5 0 0m 处入境青岛，流经莱西、平 度、即墨、胶州市和城阳区，于胶州市河西屯南码头村入胶州湾，干流全长1 7 9 9 k m ， 流域面积6 1 3 13 k m 2 ，青岛境内流域面积4 8 5 07 k i n 2 ，占总面积的7 9i l ，主要支流有 小沽河、沫河、五沽河、流浩河及南胶莱河等。 胶莱河：是元、清两代人工开挖的运河，南起胶州湾，北止莱州湾，全长1 3 0 k m 。 流域面积3 9 7 36 k m 2 。该河有南、北胶莱河之分；南胶莱河由平度市姚家村起，向东南 流入胶州湾，干流长3 0 k m ，境内长6 k m ：北胶莱河经高密、昌邑流入渤海莱州湾，干 线长1 0 0 h n 境内长9 1 1 a n ，境内流域面积1 7 9 89 k m 2 。 潍河：发源于沂山北麓官庄乡箕山之泉沟。干线垒长2 4 6 k m ，境内长1 7 6 k m ，流 域面积6 3 6 7 k m 2 ，境内流域面积6 1 9 12 田，。干流由沂水北部进入市境，经诸城、高密、 安丘、坊予、寒亭、昌邑6 个县( 市、区) ，从昌邑下营镇入渤海莱州湾。潍河原属常 年性河流，由于上游蓄水，加之多年持续干早，近十余年来基本处于断流状态。潍河 的支流较多，主要支流为汶河和渠河。 冀 蕊 青岛大学硕士学位论文 引黄济青；引黄济青工程西起东营市博兴县打渔张灌区引黄闸，东至青岛棘洪滩 水库，全长2 5 3 k m 。1 9 8 9 年1 0 月通水，潍坊市境内长1 1 3 6 k m 。引黄济青工程潍坊段 先后建成分水闸1 7 座( 其中寿光境内8 座、寒亭境内3 座、昌邑境内4 座、高密境内 2 座) ，人畜吃水口1 5 处( 其中寿光5 处、寒亭5 处、昌邑5 处) 。潍坊境内设计供水 能力3 5 m 3 s ，实际供水能力3 0m 3 s 。设计灌溉面积5 2 5 8 万亩，配套有效灌溉面积2 6 9 3 r _ 、一 力田。 沿海诸河独流入海的较大河流有白沙河、墨水河、渠河等。 2 3 地形地貌 2 3 1 地形 研究区内青岛市东南临海，地形总特征是南北两翼隆起，东高西低，中间低陷。 有三个主要山系：东南为崂山山脉，主峰海拔1 1 3 3 m ，山势陡峻，向西南绵延至市区， 北至即墨市东北部，为山东省第三高峰；北为大泽山山脉，主峰海拔7 3 6 7 m ；西南为 大、小珠山、铁厥山等组成的胶南山群，主峰海拔7 2 4 9 m 。中间为胶莱盆地等，地势 低平，海拔一般不超过5 0 m ，第四系松散堆积物及其赋存其中的第四系孔隙潜水主要 存在于河谷中。区内山丘面积4 9 5 0 k m 2 ，占陆地面积的4 4 4 6 ，平原洼地5 6 2 0k m 2 ， 占5 2 7 5 ，其他8 4k m 2 ，占o 7 8 。 潍坊市区内地形自南向北由高到低。南部为中低山丘陵区，地形起伏变化较大， 从南向北逐渐由高变低一直延续到胶济铁路南侧，一般地形标高在海拔1 0 0 - - 一2 0 0 m 以 上。由此向北至莱州湾依次为冲积、洪积平原、滨海海积平原，地形平坦微向北倾斜， 地形标高一般在7 10 0 m 。 2 3 2 地貌类型 按成因类型将研究区分为构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形和堆积地形三大地貌类型 ( 见图2 3 ) ： i 、构造剥蚀地貌 一般标高5 0 - - - 5 0 0 m ，切割深度小于1 0 0 m ，组成岩石多样，有中生界砂页岩、火 山岩、花岗岩及片麻状花岗岩等。地貌形态为连绵起伏的低矮山丘，山顶浑圆，山坡 平缓，沟谷开阔，谷底堆积物发育。 i i 、剥蚀堆积地貌 标高在5 0 m 以下，相对高差小于2 0 m ，主要由砂页岩、火山岩组成。地形低矮平 缓，呈波状起伏，地表有薄层残坡积物覆盖，边缘地带冲沟较发育。 i 、堆积地貌 研究区概况 包括滨海堆积平原和山前山问冲洪积平原区。分布在山前地带和各河流中下游河 谷。堆积物厚度一般l o 2 0 m ，局部达2 5 m ，多具双层结构。 图2 3 工作区地貌图 另外区内沿海岸线一带还分布有海成地貌，但面积较小，包括海岸地形及海积平 原。海岸地形有海蚀崖、沙质、砾石质海滩与潮滩：海积平原主要分布于胶州湾岸边， 大都开垦成盐田及养虾池，局部地区见有海积阶地。 2 青岛大学硕士学位论文 2 4 地层与地质构造 2 4 1 地层 人工海河经过区域属于华北坳陷区，华北坳陷的结晶基底为太古界变质岩类，下 古生界寒武、奥陶系为一套以碳酸盐为主的海相沉积：中生界侏罗、白垩系为一套巨 厚的碎屑岩、火山岩系；新生界为滨海湖相河流相沉积，沉积厚度达7 0 0 0 m 。第 三系是一套巨厚的含油、盐泥沙岩建造，划分为下第三系和上第三系。下第三系由老 到新分为孔店组、沙河街组和东营组，其中沙河街组是胜利油田的高产油层；上第三 系自下而上分为馆陶组和明化镇组，厚达千米。第四系平原组，厚2 0 0 - - 4 0 0 m ，覆盖 于明化镇组之上。 下更新统( q 1 ) ：厚8 5 1 7 5 m ，埋深2 5 0 - 4 0 0 m 。以粉质粘土为主，夹粉土及粉 细砂、细砂，颜色多为棕黄、棕红、灰绿等色，结构致密，压裂面发育，富含钙质结 核。 中更新统( q 2 ) ：厚6 5 , - - 1 0 2 m ，埋深9 0 - - - - 2 0 0 m ，全区有两次海侵。以粉质粘土为 主，夹粉土、粉砂及粉细砂，颜色多为灰黄、棕黄色，含钙质结核，少见压裂面。 上更新统( q 3 ) ：厚4 0 - - - 5 0 m ，层底埋深8 0 - - - 1 0 0 m ，区内有两次海侵。岩性以粉 质粘土为主，夹粉土、粉细砂，颜色多为灰黄、土黄色，夹淤泥质薄层。 全新统( q 4 ) ：厚1 0 - - 3 2 m ，区内有一次海侵。上部为土黄、灰黄色粉土、粉质粘 土；中部多为灰黑色淤泥质土或淤泥；下部以粉细砂为主。结构松散，含钙质结核， 具铁质浸染。 2 4 2 地质构造 研究区内断裂构造发育，有东西向、南北向、北西向及北北东向和北东向断裂， 其中北北东向断裂较为发育。研究区内比较大的断裂和断裂带主要有沂沭断裂带和招 远一平度断裂( 见图2 4 ) 。 1 、沂沭断裂带 沂沭断裂带是郯庐断裂带的一部分( 中段) ，其大体沿沂河、沭河及潍河河谷展布， 位于工作区内日照西部和潍坊中部，长约3 0 0 k m ，呈n n e 向( 1 0 。- 2 0 。) 延伸，宽 约2 0 6 0 k m ，北宽南窄。主要由4 条主干断裂组成，自东向西依次为昌邑一大店断裂、 安丘一莒县断裂、沂水汤头断裂、部邵一葛沟断裂。 沂沭断裂带是第四纪以来仍在活动的断裂、地震活动频繁，小震不断，大震时现。 潍坊市城区部分位于该断裂带内。 2 、招远一平度断裂 平面上呈“s ”型，南段自平度城北大致沿招风顶岩体南界呈北东东向延伸，断裂 1 3 研究区概况 延至宋格庄附近逐渐转弯里一向东南突出的弧形，断裂走向逐渐转为北北东或北东走 向。断裂倾向南东或南东东，倾角3 1 。4 5 。该断裂也是胶东地区主要的金矿成矿断 裂带。 另外区内比较大的断裂还有平度断裂、胶州断裂等。 图2 4 地质构造纲要图 2 5 水文地质 胶莱运河沿线的青岛地区属鲁东低山丘陵水文地质大区，综合区内地质构造、地 青岛大学硕士学位论文 貌、地下水埋藏条件等因素，可分为两个亚区。 i 、胶北低山丘陵水文地质亚区 属胶北隆起的西段，地貌形态为低山丘陵，由北向南地势渐低。主要由燕山期花 岗岩类和古老变质岩系组成。山间河谷中有第四系堆积。 i i 、胶莱盆地水文地质亚区 地质构造单元属胶莱坳断。地貌形态为河谷平原、山前平原和剥蚀平原，主要由 第四系冲积、冲洪积层和白垩系碎屑岩类、火山岩类组成。由于地势低平，有利于地 下水积聚，且储水条件较好，为青岛市地下水最丰富的地区( 见图2 5 ) 。 2 5 1 青岛含水岩组的分布、发育规律及特征 松散岩类：为区内重要含水岩组，主要由第四系冲积、冲洪积层不同粒径的砂及 砂砾石组成，透水性强，水量丰富，单井出水量可达1 0 0 0 m 3 d 以上，水力性质基本属 于孔隙潜水，局部地段在高水位时具弱承压性。其中大沽河为青岛市重要供水源地， 其余各流域也为当地主要供水水源地。 碎屑岩类：含水岩组为白垩系莱阳群砂页岩及、王氏群砂岩、凝灰质砂页岩，由 于其孔隙和裂隙均不发育，透水性、富水性均很弱，单井出水量一般小于5 0 m 3 d ，供 水意义不大。 喷出岩类：含水岩组为青山群和王氏群中的玄武岩，孔洞和裂隙比较发育，深度 一般为3 0 5 0 m ，富水性较强，单井出水量为5 0 0 - 、一1 0 0 0 m 3 d ，且水质良好，常含有益 于人体的微量元素( s r 、h s i 0 3 、z n 等) 。可形成小的水源地为局部地区供水。 块状、层状岩类：含水岩组为花岗岩、花岗闪长岩、片麻岩、变粒岩、片岩等。 风化带深度一般不超过3 0 m ，富水性弱，单井出水量小于3 0 m 3 d ，局部构造裂隙带比 较富水，单井出水量可大于1 0 0 m 3 d ，最大可达5 0 0 m 3 d ，但分布极不均匀。仅能为局 部供水。 胶莱运河沿线的潍坊地区正处在山东省三大水文地质区交汇处，根据本区地层岩 性、地质构造、地貌形态和水文地质条件，将潍坊市划分为三个一级水文地质区，又 进一步依据所处位置、含水性和成因类型等将潍北平原水文地质区和潍西南中低山丘 陵水文地质区划分了水文地质亚区。水文地质分区情况见表2 1 和图2 5 1 5 研究区概况 表2 1 潍坊水文地质分区 级水文地质区 二级水文地质区 代号名称代号名称 ii 潍北山前冲洪积平原水文地质亚区 i 潍北平原水文地质区i2 潍北冲洪积平原水文地质亚区 i3 潍北滨海平原水文地质亚区 潍西南中低山丘陵水文地质 l 潍西南断陷盆地水文地质亚区 i i 区 i i 。 潍中南中低山丘陵水文地质亚区 i 潍东南丘陵水文地质区 i 潍东南丘陵水文地质贬区 2 5 2 潍坊含水岩组的分布、发育规律及特征 本区地下水含水岩组大致可分为第四系孔隙水含水岩组、基岩裂隙水含水岩组。 1 第四系孔隙水含水岩组：主要分布于潍北平原水文地质区，潍西南中低山丘陵 水文地质区沿弥河谷地及沟谷低洼处发育，潍东南丘陵水文地质区沿潍河、胶河冲洪 积平原发育分布。主要补给来源为大气降水，其次为南部山区的径流补给及河流的侧 向渗入补给。 ( 1 ) 潍北平原水文地质区孔隙水含水岩组：主要岩性为第四系冲洪积形成的中粗 砂、砾石、以及冲积海积形成的粉细砂、亚砂土、亚粘土。其厚度分布不均，从南到 北由薄变厚，颗粒由粗变细，含水层由单层变为多层，孔隙水的运动形态为补给径流 型一径流、开采( 淡水) 排泄型一开采( 卤水) 、径流排泄型。潍北平原区中上部冲洪 积扇的轴部及外围、河流两侧第四系孔隙水最为发育，是潍坊市工农业生产及城镇居 民生活供水的主要开采地段，富水性强，单井涌水量一般1 0 0 0 3 0 0 0 m 3 d ，强富水地 段可达5 0 0 0m 3 d ，矿化度一般 2 9 a 。 ( 2 ) 潍西南中低山丘陵水文地质区孔隙水含水岩组：分布于弥河两侧及沟谷低洼 处。第四系厚度一般3 1 5 m ，厚者达2 0 m ，含水层岩性为中粗砂、砾石，水位埋深一 般5 - l o m 左右，单井涌水量1 0 0 - - - 1 0 0 0m 3 d ，水质好，矿化度 l g l ，临朐水源地座 落在弥河冲洪积扇上。 1 6 青岛大学硕士学位论文 ( 3 ) 潍东南丘陵水文地质区孔隙水含水岩组：主要分布于潍河、胶河冲积平原。 第四系厚度一般l o - 1 5 m ，最厚超过2 0 m ，含水层岩性为中粗砂、砾卵石，水位埋深 一般5 - l o m ，补给充沛，富水性好，单井涌水量1 0 0 - - 1 0 0 0m 3 d ，局部达3 0 0 0r n 3 d 。 黄旗堡水源地就座落在潍河与汶河交汇处的富水地段，高密水源地分布于胶河两岸， 水质好，矿化度一般 1 9 l 。 2 ，基岩裂隙含水岩组：分布于潍西南中低山丘陵及潍东南丘陵水文地质区， ( 1 ) 潍西南中低山丘陵水文地质区基岩裂隙水含水岩组：岩性为太古界泰山群变 质岩、古生界寒武系、奥陶系石灰岩、白垩系砾岩、凝灰岩、安山岩、新生界第三系 玄武岩、砂岩等。岩石结构致密，含风化裂隙水，单井出水量一般 1 0 0m 3 d 。在昌乐 南部、坊子等地为玄武岩分布区，含孔洞裂隙水，单井出水量在5 0 0m 3 d ，水质好， 矿化度 l g l ，该含水岩组评价出多处锶、偏硅酸型矿泉水。 ( 2 ) 潍东南丘陵水文地质区裂隙水含水岩组：分布于高密、昌邑南部等地区，主 要岩性为白垩系砂岩、砾岩、页岩、火山角砾岩、凝灰岩等，含基岩裂隙水，风化裂 隙发育深度 4 0 m ，水位埋深一般2 1 2 m ，单井出水量 1 0 0m 3 d ，矿化度0 5 1 5 9 l 。 1 7 研究区概况 2 6 新构造运动及地震 图25 研究区水文地质图 喜马拉雅运动早期，因太平洋板块改变成自东向西俯冲，鲁东的应力场有较大改 变。此时鲁东处于南北拉伸构造应力场中。东西向的西赵一下东庄断裂( f 8 ) 作张性 活动，并在西段控制了少量下第三系五图群的沉积。喜马拉雅运动晚期，在太平洋扳 块的俯冲作用下，本区主要表现为稳定的抬升，东南部山区继续上升，沟谷之中形成 第四系，在沿海地区有第四纪海相堆积物。 1 8 青岛大学硬士学位论文 图2 6 研究区地震动峰值加速度分区图 根据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ) ，评价区地震动峰值加速度为o0 5 g _ o1 5 9 ，属度基本烈度区。度基本烈度区。由于该区所处的胶北隆起为一相对稳定 的古老地块，境内及其邻近的断裂构造近期未见活动迹象，一般不会成为强震震中。 9 地下水环境动态及分析 第三章地下水环境动态及分析 3 1 地下水资源开采现状 胶莱运河沿线的青岛地区地下水开采主要分布在各大小流域第四系孔隙潜水，基 岩水以玄武岩、变质大理岩为主，其它为各含水岩类的风化带，浅层水或构造裂隙水， 其中平度市区以孔隙潜水为主，花岗岩水少量开采；胶州市以大沽河中下游、南胶莱 河及洋河等流域地下水为主，玄武岩水也占一定比重。 潍坊地区各县( 市、区) 所处三个水文地质单元中不同位置，各地因水文地质条 件不同，富水性差异较大。富水性较好地段单井出水量达3 0 0 0 m 3 d ，富水性较差地段 单井出水量小于l o o m 3 d 。其中昌邑市为变质岩类及碎屑岩类基岩裂隙水和第四系孔隙 水。北部为潍河冲洪积第四系孔隙水，此地段是昌邑市的主要取水地段，取水层位3 1 8 m 。高密市沿胶莱河南岸和胶河沿岸分布有第四系孔隙水，西部和南部为第四系孔隙 水和基岩裂隙水，开采层位为2 , - - , 1 2 m 。地下水资源量及开采情况见表3 1 和图3 1 。 青岛大学硕士学位论文 单位：万m 3 a 胶莱运河流域地下水多年开采情况统计表表3 1 县实际 开采量开采潜 天然 可采剩余资源 ( 市。矿程度力分 资源量资源量年份工业农业生活 合计 量 区1 排 ( ) 析 1 9 8 3 1 3 0 0 01 1 4 5 2 99 2级 2 0 0 i1 0 9 2 31 3 3 9 31 4 3 92 5 7 5 51 1 6 0 9 7 i1 8 2级 2 0 0 29 2 4 41 2 8 3 7 1 4 0 l2 3 4 8 29 3 3 6 711 6 6级 昌邑 1 3 1 7 5 ，6 01 4 】4 5 ，2 92 0 0 31 3 3 01 4 4 3 31 0 1 i1 6 7 7 42 6 2 8 7i1 1 9豇级 市 2 0 0 41 5 3 01 4 0 0 01 0 1 5 1 6 5 4 5 2 3 9 9 7l1 1 7 级 2 0 0 51 4 2 03 5 1 01 0 1