（自然地理学专业论文）烟台市海水入侵灾害研究.pdf

摘要 综观国内外对海水入侵的研究，其内裙经历了纵向延伸和横向扩展的发展过 爨，笼萁是魏饕海永入侵灾蒜翱戴，横囱戮究视野不断籀宽，礤究范溺涵盖了区 域环境、经济和社会等各个朕筒，正跌单一闯题趋向予综合性研究。 烟台市自二十世纪七十年代末在莱州、龙口两市发现海水入侵以来，其范围 基波及沿海各熬帑区，至2 0 0 2 年受灾总蕊积这7 5 0 。8 2 k m ，灾害损失影螭裂区域 环境、经济和社会各方丽，成为制约该趣酝发展的重要隧豢。烟台市海水入侵灾 害发展大致经历了发生、急劂发展一爆发、缓慢发展三个阶段，空间分布呈现出 国患到嚣、壶淤海彝内隧发袋豹特点。 烟台市海水入侵灾害的发生具有特定的环境程社会经济背景，融孕灾环境、 致灾因子、承灾体之间相互作用形成区域灾害系统，各瓣索之间通过反馈机制形 黢耱萎独立瑟又统一豹关系。澄海瓣遗臻饿置、透水酌承文蝗痰条穆、褰逮发展 的经济和逐步膨胀的人口愿力以及水资源短缺的特点构成存在灾害风险的孕灾 环境；在区域干犟和人为超漾地下水两个敬灾因子的持续作用下，引起地下水位 转续下海，灾鬻巍险嚣子褥戮耱续释放，纛至灾害爆发；灾害损失最终爱痒曩于 酝域入地系统，导致环境恶化、经济损失及一系列社会问题。 海水入侵灾窖系统是复杂的远离平衡恣的开放巨系统，系统内外的水循环过 程簿致系绞瘸壤与媾猿。瘩炎源过渡瀵耗萼l 起臻培，系绫良菱守方是发震，壹至 灾害发生；水资源有效补给输入负熵流，系统向有序方向发展。通道人为干预区 域水循环，增加输入负熵流、减少系统熵增是控制海水入侵灾害的必键。 烟台枣海瘩入侵灾害是零资源缺乏零l 起熬，但导致该区拳资源燕援 深层次豹 原因是当地社会经济的发展岛人口的增加。根本防治海水入侵灾害的有效途径在 予系统分析区域环境、经济和社会的特点及其关系，以水资源为主线，把海水入 稷、宏鼹经济紧密缝会在一熬，将三者终梵一令系统磅突，潋壤强孕灾嚣凌兹稳 定性、抑制致灾因子的风除憔、降低承灾体的脆弱性为瞬的，充分发挥次级控制 的积极作用，探寻系统熵减的途径，使系统向有序的方向发展。建立由水资源宏 鼹调控、矮零过程控裁、生态恢复、徽鼹浚毽窝完善鸷壤体系等予工鼷秘或，飙 工程到管理、从微观到宏观的立体化的系统工程防治体系，最终实现区域经济、 社会、环境协调发展的目标。 关键词：海水入侵，灾害，烟台市 a b s t r a c t m a k i n gac o m p r e h e n s i v ev i e wo ft h ec o u r s eo fd o m e s t i ca n do v e r s e a sr e s e a r c ho n s e a w a t e r i n t r u s i o n ，t h ec o n t e n to ft h er e s e a r c hi s b e c o m i n gm o r e a n dm o r e c o m p r e h e n s i v e e s p e c i a l l y , a l o n gw i t he x p a n d i n go fs e a w a t e ri n t r u s i o n ，t h es c o p eo f t r a n s v e r s er e s e a r c hi sb e c o m i n gw i d e rt h a nb e f o r e ，i n c l u d i n ge n v i r o n m e n t ，e c o n o m y a n dc o m m u n i t ye t c s i n c es e a w a t e ri n t r u s i o nw a sd i s c o v e r e di nl a iz h o ua n dl o n gk o ui nt h e 1 9 7 0 s ，w h i c hh a ss p r e a dt oo t h e rc i t i e sa n dr e g i o ni ny a nt a i t h ew h o l ea r e as u f f e r e d f r o ms e a w a t e ri n t r u s i o ni s7 5 0 8 2 k i n 2i n 2 0 0 2 i tb r o u g h tm u c hl o s st o r e g i o n e n v i r o n m e n t ，e c o n o m ya n dc o m m u n i t y s e a w a t e ri n t r u s i o nd i s a s t e rh a sb e e nt h e i m p o r t a n tf a c t o rt h a tr e s t r i c tt h ed e v e l o p m e n to fy a nt a l t h ep r o g r e s so fd i s a s t e rh a s c o m et l 1 i o u g hh a p p e n i n g - p h a s e ，r a p i dd e v e l o p i n ga n db r e a k i n go u t - p h a s e t h e c h a r a c t e r i s t i co fd i s t r i b u t i o no fs e a w a t e ri n t r u s i o ni ny a nt a ii sf r o mp o i n tt oc o v e r a n df r o ms e a b o a r dt oi n l a n d t h es e a w a t e ri n t r u s i o ni ny a nt a ih a saf i x e de n v i r o n m e n t a la n ds o c i a lb a c k d r o p t h er e g i d i s a s t e r s y s t e m i sf o r m e do fh a z a r d f o r m a t i v ee n v i r o n m e n t h a z a r d - f o r m a t i v ef a c t o r s ，h a z a r d - a f f e c t e db o d i e s t h er e l a t i o n s h i po fe a c hf a c t o ri s s h a p e dt h r o u g haf e e d b a c km e c h a n i s m ，w h i c hc h a r a c t e r sa r ei n d e p e n d e n tb u t i n f l u e n c ei su n i t e d t h ed i s a s t e rc o u l dn o to c c u rw i t h o u ta n y o n eo ft h et h r e ef a c t o r s ， w h i c hh a sn od i s t i n c t i o ni nc o n t f i b u t n gt os e a w a t e ri n t r u s i o n ，a n di n f l u e n c e st h e d e g r e eo fd i s a s t e rt h r o u g hc h a n g i n gi t sc h a r a c t e r s e a w a t e ri n t r u s i o nd i s a s t e rs y s t e mi sat y p i c a ld i s s i p a t i v es t r u c t u r e ；i n c r e a s ea n d d e c r e a s eo fe n t r o p ya l ec a u s e db yw a t e rc i r c l ei no ro u to ft h es y s t e m e x c e s s i v e c o n s u m i n gw a t e rr e s o u r c er e s u l ti ne n t r o p yi n c r e a s i n g ，a n dt h es y s t e md e v e l o p st o o r i e n t a t i o no fo u t - o f - o r d e r ，a sf a ra sd o e st h ed i s a s t e rb r e a ko u t ；c o n t r a r i l y , w o u l dt h e s y s t e md e v e l o p t oo r i e n t a t i o no r d e r l yi ft h ew a t e rr e s o u r c ew e r er e p l e n i s h e di nt i m e s e a w a t e ri n t r u s i o nd i s a s t e ri ny a ht a ii sm a i n l yc a u s e db yf r e s h w a t e rr e s o u r c e i h s c a r c ei ny a ht a ic i t y , b u tt h ep r o f o u n dr e a s o nc a u s i n gw a t e rr e s o u r c ec r i s i so ft h i s d i s t r i c ti sd e v e l o p m e n to ft h el o c a ls o c i a le c o n o m ya n dp o p u l a t i o n si n c r e a s e e f f e c t i v e w a yt op r e v e n ts e a w a t e ri n t r u s i o nl i e si nc o m b i n a t i o no fr e g i o n a ls t u d ya n dn e t w o r k a n a l y s i sm e t h o d ，a n dt h a ti n v a d i n go fs e a w a t e ri sc o m b i n e dw i t hm a c r o e c o n o m y t o g e t h e rc l o s e l yt a k i n gw a t e rr e s o u r c ea st h em a i nt h r e a di no r d e rt os t r e n g t h e nt h e s t a b i l i t yo ft h ec a l a m i t ye n v i r o n m e n t ，s u p p r e s st h er i s kw h i c hc a u s e st h ec a l a m i t y f a c t o r sa n dr e d u c et h ef r a g i l i t yo ft h ec a l a m i t yb o d y ，f u l l ym a k et h eb e s to fs e c o n d a r y c o n t r o l ，s e e kt h ew a y t h a ts y s t e m a t i ce n t r o p yr e d u c e s ，m a k et h es y s t e md e v e l o pi nt h e o r d e r l yd i r e c t i o n p r e v e n t i n gs y s t e m s h o u l db es e t u p ，w h i c hc o n s i s t so fm a n y s u b - p r o j e c t ss u c ha sw a t e rc o u r s ec o n t r o l l i n g , e c o l o g i c a lr e c o v e r y , m i c r o - c o s m i ca n d c o m p l e t em a n a g e m e n ts y s t e mf r o mt h ep r o j e c tt om a n a g e m e n t ，f r o mm i c r o c o s m i ct o t h et h r e e - d i m e n s i o n a l s y s t e m ，a n dw h i c hw i l lm a k et h eh a r m o n i o u sg o a l so ft h e r e g i o n a le c o n o m y , s o c i e t y , e n v i r o n m e n tc o m et r u ef i n a l l y k e y w o r d s ：s e a w a t e ri n t r u s i o n ，d i s a s t e r ，y a nt a i j v 到夏 海水入侵是缓慢发展的环境灾害，易发生程降水量少、熬发量大、地下有透 零屡豹泌海逮区，童溪表瑷巍海瘩漆逢下逶遂囱蠹陵鳃入侵，萁危害太、戆藏蛙 强，盥较难治理。目前，全世界已有二十多个翻家和地区发擞不同程度的海水入 侵，已成为国内外密切关注的公害之一。 潮螽枣建子我嚣寒罄，濒l | 羹焚、渤海，工农渡魄较发这。逅三年寒，该枣 出现连续的干旱气候，水资源严蘸不足，而工农业发展和居民生活对淡水资源需 求量激增，导致严黧超采地下水，地下水位以每年l 一3 米的速度骤降，出现太 瑟积麴逡下农潺萼受蕊区，酸嚣了建下溃承与海瘩麴乎餐祭耱，捷海隶潘蟪下各 种通道向内陆入侵，趸2 0 0 2 年，海水入侵面积融达7 5 0 8 2 k m 。海水入侵不仅给 当地社会经济带来匦大的损失，同时酿成人民生活的严重灾难，更严重的怒区域 生态环壤系统黪酸嚣，英影穗不莰煎害当今，磁晨撰及寒来。嚣燕，深入疆究该 市海水入侵的成因、机理、规律，有的放矢地提出综合防治方案，采取可彳予的综 合治理攒施，根本治理海水入侵灾害，促进资源与环境的良燃循环，是当前迫在 属建豹经务。 海水入侵研究是一项跨学科、综合性很强的工作，研究内容包括区域环境、 经济、被会等各方面的内容，正从鹧一问题的研究趋向于综台性研究。本文在对 耀台蠢海水入爱灾害系绕分羲瓣蒸懿圭，褥窭肇灾环凌、致灾嚣子、承载体瓣簧 点，及熟紧密的关系缩构，并提出了促进区域环境、社会和缀济良性循环的防治 体系，以其能为烟台市海水入侵的成功防治提供一定的参考。 程论交资辩浚集过程孛，褥黧了囊券雀拳铡辩学骚突院、翅台泰拳裁鼹、烟 台市水文局、青岛海洋大学庄振业教授、烟台师范学院李世豢剐教授等相关部门 和个人的帮助，在此一并谨表谢忱。 第1 章海水入侵国内外研究进展 迄今为止，海水入侵没有一个统一的定义。广义的海水入侵分为古海水入侵 与现代海水入侵两种类型。古海水入侵是比较特殊的现象，主要是由于地质历史 时期发生大规模海侵，在滨海平原的海相沉积层中赋存了大量的咸水或卤水，由 于超采地下水产生成淡水的压力差，引起地下咸水或卤水侵染淡水体，因此古海 水入侵通常被称作成( 卤) 水入侵。而现代海水入侵是指由于地下水位下降，海 水通过透水层直接侵染地下水，是目前沿海地区较普遍存在的现象，因此，狭义 的海水入侵仅指现代海水入侵。就其本质而言，是指滨海地区，由于自然因素尤 其是人为超采地下水，引起地下水位持续大幅下降，严重破坏了海水与淡水之间 的动态平衡，使咸淡水界面向淡水一方移动，导致海水直接侵染淡水体的现象。 显然，人为超量开采地下水破坏海淡水动力平衡是海水入侵主要原因，即海水入 侵是人为因素引起的，自然因素只是对海水入侵起一定的影响和控制作用。 目前，全世界已经有几十个国家和地区发生还海水入侵，给其沿海地区带来 严重危害，严重阻碍了区域经济社会的可持续发展。全球范围的海水入侵已经引 起国际社会的共同关注，有关国家积极开展了海水入侵问题的研究与治理。 1 1 国内外研究进展 1 1 1 国外海水入侵研究进展 海水入侵研究可追溯到十九世纪末二十世纪初，b a d o n g h y b e n ( 1 8 8 8 ) 和 h e r z b e r y ( 1 9 0 1 ) “。2 1 在荷兰和德国独立提出了计算地下淡水一海水交界面上任 一点在海平面下深度的方法，最早揭示了海水入侵的机理，奠定了海水入侵理论 研究的基础。以下概述之： 在海岸线地层中存在良好的透水层，且附近无隔水体的条件下，海水与地下 淡水处于同一个水循环中，它们之间存在着密切的水力联系。普通海水的密度为 1 0 2 5 9 c m 3 ，普通淡水密度为l g c m 3 ，所以海水必然形成楔形体伏在淡水体下面， 如果暂不考虑海水的回流和淡水的入海渗流，并把过渡带看作是简单的界面，海 水入侵的水静力学模型如图1 1 。 2 潜水面 i 水 l 位 1 下 l 降 。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ) _ = ：= _ ，_ = ： + + b d 咸淡水界面向陆推移 图1 1 海水入侵机理水静力学模型( 据b o d o ng h i j b e n - h e r z b e r y 简化模型) 设潜水面在海平面以上高度为h ，淡水区在海平面以下咸淡水界面上任一 点水深为z ，p 。为淡水密度，p 。为海水密度，根据压力平衡原理，咸淡水界面 上任一点处淡水压强与咸水压强相等，即： ( z + h ，) p1 2 z p 。 将普通海水密度( 1 0 2 5 9 c m 3 ) 与普通淡水密度( 1 9 c m 3 ) 代入上式求得： z = 4 0h ， 这就是著名的g h i j b e n - h e r z b e r y 公式，揭示了海水入侵的机理：海平面以 上和以下的淡水水深之间有着密切的联系，如果h ，藏小，z 就相应的减小4 0 倍， 咸淡水界面就会向淡水一侧移动，直至形成新的平衡，结果是海水楔形体增宽增 厚，上覆淡水层则变薄，当h ，持续减小，z 低于水井深度时，原来的淡水井中就 会抽出咸水，就出现海水入侵现象；如果h ，持续减小，以至出现负值，即地下 水位低于海平面，形成地下水漏斗负值区，则海水将处于“无阻挡”状态，“入 侵”的范围和强度都将急剧增大，这与发生大面积海水入侵有直接联系。 二十世纪中叶以来，全球范围海水入侵的普遍性引起国际社会的共同关注， 有关国家积极开展海水入侵的研究与治理，研究内容包括海水入侵的现状调查、 理论的探讨、海水入侵管理、趋势预测与防治技术等方面。 咸淡水界面的形状、运移规律一直是海水入侵研究的核心问题，并从简单的 定性调查走向定量化、模型化，将海水入侵概化为两种模型，即突交界面模型和 过渡带模型。 突变界面模型是一种理想化的概化模型，其求解只能获得近似结果，大致反 映咸淡水关系与界面运移规律，是解决一些简单问题的有力工具。较有代表性的 是j b e a r “1 1 在1 9 7 2 年的多孔介质流体动力学和1 9 7 9 年的地下水动力学 两本著作中分别论述了稳定界面和移动界面的近似解，以及水井在界面上部抽水 所引起升锥问题，建立完善了海水入侵突变界面水动力学模型；d a sg u p t a 等。1 于1 9 8 2 年研究了泰国曼谷附近海水入侵的弥散带模型，在模型中忽略了盐分密 度对地下水流动的影响；m o o r 等“1 于1 9 9 2 年利用突变界面模型研究了美国 y u c a t a np e n i n s u l a 东北海岸咸淡水之间的关系，计算出实际淡水透镜体的厚度 比g h i j b e n h e r z b e r y 公式所计算的少4 0 ，并指出由淡水向海水的快速流动及 对流中海水的上升是主要原因，发展完善了突变界面水动力学模型。 客观上并不存在海水与淡水之间的突变界面，因为海水与淡水都不是一个静 止的水体，海水楔形体在深部向陆地入侵，在浅部回流入海，同时还有淡水渗流 入海，回流海水与渗流淡水通过扩散和弥散局部混合，形成一个咸淡水过渡带， 随着海潮涨落和海岸带地下水位的变动，过渡带也在不断的起伏，更加强了咸淡 水的混合。因此，一些学者又深入研究了在考虑淡水渗流与海水弥散情况下过渡 带模型。 过渡带模型是通过将密度、浓度和水位有机耦合在一起，得到咸淡水过渡带 的分布范围、水位值和浓度值。p r i n d e r 等“于1 9 7 0 年最早给出海水入侵过渡带 模型，提出h e r r y 模型的有限元数值解；l e e 等于1 9 7 4 年提出了地下水位与浓 度相互依赖的剖面二维有限元模型，并用于研究美国佛罗里达州c u t l e r 地区的 海水入侵问题；s e g o l 州等于1 9 7 5 、1 9 7 6 年发展了地下水位于浓度相互依赖的剖 面二维有限元模型；h u y a k o r n 等唧于1 9 8 7 年提出了与密度相依赖的地下水流方 程和溶质运移方程，建立了滨海多层含水层中水位、密度和浓度相互作用的三维 有限元模型；g a l e a t i 等叫于1 9 9 2 年提出了关于潜水含水层中的一种隐式的欧拉 一拉格朗日有限元公式，并讨论了含水层的各向异性和地下墙建筑物对海水入侵 的影响。有关过渡带模型的研究成果这里就不再赘述，总之，由于过渡带模型具 有刻画复杂水文地质条件、人为活动条件等诸多因素影响下的咸淡水界面运移规 4 律的有点，国外学者都非常重视这方面的研究，模型的仿真性、精确性和可靠性 在不断提高，为海水入侵的调查、监测、预测以及防治研究提供了完善的理论与 实践基础。 二十世纪六十年代末以来，各国开始注意海水入侵研究的国际合作，海水入 侵的区域影响与防治逐步成为研究的重点问题，在理论研究的同时，开始更多地 探讨导致海水入侵灾害的区域环境和社会经济等深层次原因。欧洲学者自1 9 6 8 年在德国汉诺威召开第一届“海水入侵学术研讨会( s w i m ) ”以来，每隔两年召 开一次海水入侵学术讨论会议；联合国教科文组织积极促进海水入侵研究，1 9 8 7 年组织出版了西班牙著名学c u s t o d i o 等“”所著的滨海地区地下水问题 ( g r o u n d w a t e rp r o b l e mi nc o a s t a la r e a s ) ，总结了二十世纪五十年代以来海 水入侵方面的研究成就。在探索海水入侵机理的基础上，各国积极地开展防治技 术试验，取得了显著的成果。代表性对策与措旋有“”：地下淡水帷幕工程，美国 加利福尼亚州，为阻止海水入侵，在沿海岸线1 6 k m 长度内布置了一系列的注水 井，利用回灌水补给或建立水力栅栏，每天通过钻孔的回灌量达2 5 万m 3 ，建造 地下淡水屏障，效果十分明显：提高农业灌溉效益，全面节流，墨西哥早在上世 纪6 0 年代就对赫莫斯滨海地区做了这方面的工作，取得了良好的效果，节水量 达3 0 ：在海岸带咸淡水流通性较好的地点修建地下防渗墙( 坝) ，阻止海水入 侵，如构造地下水库，1 9 7 9 年日本在冲绳宫古岛皆福建造了第一个地下水库， 蓄水量达7 0 万m 3 ，达到了增加地下水源，淡化水质，防止海水入侵的良好效果。 此外，澳大利亚与日本还率先在本国海水入侵地区开展海水入侵管理研究，并制 定了相应的节水法规，配合海水入侵防治工程的实施。 1 1 2 国内海水入侵研究进展 我国于1 9 6 4 年在大连市首次发现海水入侵，时至今日，沿海岸从北向南， 海水入侵的地区有葫芦岛、大连市、秦皇岛、天津市、山东半岛、苏北平原、上 海市、宁波市、海口市等，其中以山东半岛的莱州湾地区海水入侵最为严重。我 国海水入侵研究始于二十世纪八十年代，研究机构主要有中国科学院地质所、南 京大学地质系、中国地质大学水文地质工程系、山东省水利科学研究所等单位， 他们的研究成果基本上代表了我国海水入侵的研究水平。总的来看，二十年的时 间里，我嗣在海水入侵瑷状调查、熬本理论探索、模型研制、鞭测预报和防治措 施等方瑟，均取褥了鬟大迸震。 中国科学院地质所蔡祖煌、马风山等对海水入侵的基本联论进行了深入探 索，指逝了海水入侵攥论经历了四个阶段“，即黪力学阶段、渗流阶段、渗流与 弥教联立除段与弥散鹅台阶段。德稍认为，海承入侵从拜始翻终止，经掰秘始、 加剧和减缓三个阶段，海水入侵全过程实际上渗流和弥散之间平衡的破坏和重 建。他们还从理论上捺嚣出海水入侵基本方程、漤水含承屡攀宽入海通量公式。 并能够定熊速预测迪下水平衡开采、继续超采和节余- 开采三静魏型条件下静海水 入侵速威、距离和时间“”。 南索丈学地球科学系藩禹群、受蠢骞等学者磷制了我匿第一个三维有限元海 水入侵模擞，模型考虑了过渡带混念溶液不断变纯鼯液体流动豹影响、潜永黼波 动对海水入侵过程的影响、降水入渗对溶质运移的影响、及过渡带附近大量抽水、 l # 均矮各淘异性窥复杂边界形状等闲索。通过描述禽农层中盐分浓度分布的变化 来刻画过渡带的运移、演化和发展。并利用在龙鞘市建立豹国际上也不多觅的三 维监测网长期的观测资料，成功模拟褥现了1 9 8 9 萍至1 9 9 0 年的海水入侵垒过程 n 畦 。 中豳嫩质大学水文她质工程系陈崇希、李謦敏等学者对海水入侵模型麓 行了 许多改进和创新，在确定弥散度、含水层标高、初始水位分布、承压含水层的海 底逮雾以及微分方程戆求解方面弓 避了诲多毅鲍壤论和技术。稔耋】裂爆三缭蠢鼹 元模型对j e 海市涵渊鹞和烟台夹河的海水入侵进行过成功模拟“9 “。 随着理论不断完善，各地积极展汗防治海水入侵的研究，学习引进国外成功 经验，程蘩鲻湾遗区及其镳遮区遴蠢了霉努已蛰遮采矮熬海窳入侵防治技术试 验，效聚明显，探索出缀多适合当城情况的防治措施与对策，为防治海水入侵、 实现农业的可持续发展建立了可供借鉴的经验。猩研究与试验过程中，国内很多 学者逐激意鼋跫到，要根零骆渗海承入侵灾害莰采瘸肇一分敖黪工程方法是无法实 现的，必须系统分析海水入侵受灾隧域环境、经济和社会背景及其内在联系，综 合防治是解决这一复杂问题的必由之路。 慧之，我国虽然嚣鼹海承入侵磷突较凌，篷羹藏在理论磺究、数学模型溪究、 综合治毽游方面已接谶阐际先进水平。 矗 1 2 国内外研究评述 综观国内外对滨海地区海水入侵的研究进展，不同时期、不同国家和地区的 学者对其研究定位各不相同，大致可划分为以下几个阶段：起初把海水入侵作为 一种普通的水文地质现象来研究，研究的重点是入侵机理；随着海水入侵的加剧， 很多地区出现了局部生态环境破坏的现象，这一时期海水入侵更多的被当作环境 问题来研究，探索其对区域环境的影响，寻求保护与改善环境的优化方案；由于 海水入侵没有得到及时有效的防治，世界各国很多海水入侵严重地区的生态系统 遭到了毁灭性的破坏，以致部分或全部失去服务于人类的功能，并给区域的经济、 社会带来严重的损失，研究人员开始真正意识到严重海水入侵是复杂区域性灾害 的事实。 海水入侵研究内容经历了纵向延伸和横向拓展的历程，尤其是随着海水入侵 灾害的加剧，横向研究的视野不断扩大，研究范围包括了区域环境、经济、社会 等各方面的内容，正从单一问题的研究趋向于综合性研究。传统的就海水入侵研 究海水入侵的思维已表现出过于微观的弊端，缺乏宏观研究的协调，这也是制约 海水入侵研究发展的熏要原因。 目前国内采用的有效防治海水入侵的技术与措施，大多都是政府主导的试验 性工程，缺乏市场机制的调节，出现了“高投入，低收益”的局面，一方面造成 政府资金的无形损失，另一方面也在一定程度上阻碍了防治工程和措施推广。 尽管海水入侵问题正在国内外许多国家和地区作为一种灾害进行研究与防 治，但尚未有系统的综合防治措施的应用，大多数控制技术与方法仍局限于暂时 缓和危害发展，有些方法虽然已投入应用并取得了一定的效果，也仍处于试验阶 段，其技术的稳定性与可持续性还需进一步研究，对于根治海水入侵灾害缺乏充 分的科学依据，还有待完善。 基于此，本文将海水入侵作为缓慢发展的区域环境灾害进行探讨，系统分析 烟台市海水入侵灾害的特殊环境和社会经济背景，得出其孕灾环境、致灾因子和 承灾体的特点及其内在联系，建立解决这一复杂灾害的综合防治体系。以期为该 市及类似区域海水入侵灾害研究提供一定的参考。 7 第2 章烟台市海水入侵灾害的特点 2 。1 研究壤域概况 嚣2 一l 霹 究嚣域墅 烟台市地处山东半岛北部，濒摘黄海和渤海，海岸线总长7 0 2 5 1 m ，区辖蠢 区( 楚罘嚣、福虫隧、嚣发区、蘩出鏊、牟乎区) ，七枣( 蓬莱枣、燕疆枣、搦 远市、莱州市、栖殷市、莱阳市、海阳市) 。一县( 长岛县) ，总磴i 积1 3 7 4 6 k m 2 。 除栖霞市以外，其它各县市区均沿海。 臻势孛帮毫、鬻悲嚣绷僬，分承泠羹表嚣逢舞镲予半惑l 津。受其影璃，赘 域水系南北分流，河流均为源短流急的山溪性河流，汛期洪水暴涨暴落，目前地 表水拦蓄能力仅为4 0 9 6 左右，地袭水资源短缺。流域面积在3 0 0 k m 2 以上的河流主 要寿大洁夹涎、荑瘩潺、秀海、藏楚淫、王浮、薪安潺帮大洁淫餐。 地处北半球中纬度地区，属暖温带攀风气候，多年平均降水6 7 6 6 m m ( 1 9 5 2 - - 2 0 0 2 年) ，多年平均蒸发量1 7 4 6 m m 。降水量年内、年际变化较大，汛期( 6 9 月) 降水占全年降水量的6 5 。市域内有大型水库3 座，中型水库2 4 座。水资 源总量2 8 1 2 亿m 3 ，人均占有量仅4 4 3 m 3 ，水资源严重不足。 人口密集、城镇集中，2 0 0 2 年总人口6 4 6 7 万人，城镇大多沿海岸线集中 分布，人口总体上沿海大于内陆，加剧了沿海地区水资源压力。 区域经济发达，发展速度较快，尤其是农业和乡镇企业发达，需水量居高不 下，且相当大的比重来自地下水，存在超采地下水的风险。 总的看来，烟台市自然条件优越、经济发达，但由于人口压力过大、资源开 发不合理、环境保护不力等原因，近年来生态环境状况不容乐观，尤其是由于过 度超采地下水，导致滨海平原海水入侵灾害日益严重，己成为区域社会经济发展 的主要限制因素之一。自二十世纪七十年代末在莱州、龙口两市发现海水入侵以 来，其范围已波及沿海各县市区，2 0 0 2 年受灾总面积( 包括咸水入侵) 达 7 5 0 8 2 k m 2 ，如图2 1 。 2 2 海水入侵灾害的阶段性 海水入侵发生的直接原因是地下水位下降，导致陆侧水漏斗负值区的扩大和 加深，而水漏斗负值区的发展动力源自需水量不断增加和气候干旱补给水量的急 剧减少。因此，只要抓住水资源采补关系、地下水漏斗负值区范围、海水入侵的 范围三个参数变化，便可以反映出海水入侵的发展程度、发展阶段和发展特点。 2 2 1 初始阶段 海水入侵的最初表象是井水变成，在烟台市的滨海平原区，这种现象最早发 现于莱州。1 9 7 6 年，莱州市西由镇东北村的井水位降至负值，而且长期得不到 恢复，水质开始变成，1 9 7 9 年8 月首次测得矿化度达3 6 9 0 m g 1 ，当时按大于 3 0 0 0 m g 1 作为变咸机井，全市有4 5 眼，1 9 8 1 年就升至2 2 8 眼，波及1 0 几个村 庄，有1 8 0 h m 2 麦田由于不适当地使用了变成水灌溉，造成绝产和半绝产；1 9 7 9 年，龙口市滨海农业区发现数处机井水质变咸。这说明，当时烟台市已经发生海 水入侵，但尚未形成大面积的入侵区。以地下水c 1 一浓度超过3 0 0 m g 1 作为海水 入侵的标准，据统计莱州1 9 7 9 年测得入侵面积为1 5 8 k m 2 ( 图2 2 ) ；龙口于1 9 8 4 年绘出第一张海水入侵图，入侵面积共4 5 8 k m 2 ( 图2 3 ) ，其它地区还没有发 9 嫩明显的海水入侵。 图2 2 莱州市北部滨海平原1 9 7 9 、1 9 8 9 年地下永儆等值线和海水入侵图 强2 3 龙日索滨海警原1 9 8 4 、1 9 8 9 年迪下承接慧德线释海永入鼹溪 实际上，= 十世纪七十年代，烟台市海水入侵已经进入初始波动阶段。但 1 9 7 1 - - 1 9 8 0 烟愈戆晦瘩量大予多年平均德6 7 6 。6 r a m ( 躅2 4 ) ，遣下窳羚绘迸好， 一旦出现地下承漏斗负值也较容易恢复，所也这段时阍盈有超采现象，却未形成 稳定的漏斗负值区，只有小面积的呈星点状分布( 图2 2 ，图2 3 ) 。 八广、。八 v 。杪v v - 1 9 7 2 1 9 7 5 1 9 7 8 1 9 8 1 1 9 8 4 1 9 8 7 1 9 9 01 9 9 3 1 9 9 6 1 9 9 9 2 0 0 2 年份( a ) 图2 - 41 9 7 2 - - 2 0 0 2 年烟台市降水量及变化趋势图 2 2 2 急剧发展一灾害爆发阶段 一降水量 - - - 趋势线 二十世纪八十年代，烟台市海水入侵急剧发展，区域灾害爆发。1 9 8 0 一1 9 8 9 年平均5 6 2 1 m m ( 图2 4 ) ，烟台市的降水量是有记录以来最低的十年，与多年 平均的6 9 3 2 m m ( 1 9 5 2 1 9 8 9 ) 相比，年均减少降水1 3 1 m 。1 9 8 1 1 9 8 4 年又遇 到连续四年的旱灾，区域水资源亏损已相当严重，水资源补给量达到历史最低阶 段。如莱州市四年平均降水只有3 9 5 5 m ，大大低于多年平均值5 9 3 m m ，水资源 补给量连年减少。各县市区地下水漏斗负值，已逐渐由起初的星点状联成片状， 并不断扩展。莱州市1 9 8 9 年枯水期漏斗负值区面积达2 6 2 1 m 2 ，海水入侵面积为 2 0 1 9 k i n 2 ( 图2 2 ) ；龙口市1 9 8 9 年漏斗负值面积为的1 5 9 4 k m 2 ，海水入侵面积 增至7 7 2 k i n 2 ( 图2 3 ) 。 1 9 8 7 1 9 8 9 年是烟台市海水入侵最严重的三年，灾害风险在持续释放之后， 其影响涵盖区域环境、经济和社会各子系统，灾害损失表现得更加明显。滨海地 区出现了大片的盐碱地，居民生活用水已无法满足，工业用水的水质和水量也得 不到保障。特别是当时防灾工程尚未上马或未发挥作用，人们的节水意识十分薄 弱，管理上缺乏统一的组织与协调，缺乏对灾害的承受能力，以致在短短的三年 时间里，形成了波及区域环境、经济和社会各子系统的灾害链。 目)|嘲蔷世 2 2 3 缓慢发展阶段 进入二十世纪九十年代以来，烟台市海水入侵灾害有了较大的缓解，海水入 侵的速度已明显放慢，但灾害仍在发展。1 9 9 0 一1 9 9 9 年区域年均降水量达到 6 4 0 2 m ，相对八十年代有了较大回升，地表水和地下水的补给都有所增加，同 时灾情已引起了社会各阶层的重视，国家和当地政府先后采取了一系列的防灾减 灾措施，部分措施已见成效，尤其是人们的节水意识有了很大的提高，大大减少 了水资源浪费，一定程度上增强了区域的抗灾能力，海水入侵的速率与八十年代 相比已明显减慢( 表2 1 ) 。 表2 - - 1 海水入侵发展速率表( k m 2 a ) 由于区域水资源短缺和超采仍很严重，灾害并没有得到完全有效地控制，还 在继续发展，如莱州市1 9 9 4 年地下水漏斗负值区面积为3 2 8 9 k m 2 ，海水入侵面 积增至2 4 6 8 k m 2 ( 图2 5 ) ；龙口1 9 9 4 年地下水漏斗负值区面积为2 2 4 5 k m 2 ，海 水入侵面积增至1 0 3 k 砰( 图2 6 ) 。 图2 5 莱州市北部滨海平原1 9 8 9 、1 9 9 4 年地下水位等值线和海水入侵图 图2 6 龙口市滨海平原1 9 8 9 、1 9 9 4 年地下水位等值线和海水入侵图 2 3 现状与灾情统计 为摸清海水入侵的现灾害普查，其特征值统状，烟台市水文局曾于1 9 9 2 年 和2 0 0 2 年对烟台市域进行了两次全面的海水入侵计如表2 2 。 表2 2 烟台市1 9 9 2 、2 0 0 2 年海水入侵面积和发展速率表 对比分析可以看出，十年问烟台市海水入侵的发展又表现出新的特征： ( 1 ) 灾害已遍及沿海各县市区，1 9 9 2 年以来，新增受灾面积( 2 5 5 k f f ) 中 7 1 来自于除莱州、龙口以外的其它各县市区；( 2 ) 灾害发展由起初的“两极” 增长发展为现在的“多极”增长状态，从表2 2 中可以明显的看出海阳( 注： 部分原因是1 9 9 2 年普查时有零星山丘区的沿海地带未调查) 和蓬莱两市海水入 侵的速率明显高于除莱州以外的其它县市区：( 3 ) 莱州市和龙口市海水入侵的发 展得到了较为有效地控制，十年问灾害再没有明显扩展，说明该市的防治措施已 见成效。 海水入侵灾害灾情调查涵盖了区域环境、经济、社会的各予系统的诸多方面， 囊括了经济损失和非经济损失、直接损失和间接损失各层面。其中直接经济损失 可以由定量指标直接反映，而大多环境、社会方面的非经济损失以及间接经济损 失只能由定性指标反映，或通过数学方法和一些间接的定量指标加以折射。烟台 市各县市区2 0 0 2 年海水入侵区灾情详见表2 3 。 1 4 表2 32 0 0 2 年海水入侵隰社会经济概况殿灾情调查表 第3 章烟台市海水入侵灾害系统分析 区域灾害系统是由孕灾环境、致灾因子和承载体共同组成的地球表层异变系 统，灾情是这个系统中各子系统相互作用的产物。区域灾害系统论强调综合研究、 系统分析，旨在揭示区域致灾因子、孕灾环境和承载体之间的关系以及相互作用 的动力学过程。区域灾害系统论不仅关注受灾区域的环境变化，同时强调全球环 境变化对当今区域灾情与年俱增的重要作用，区域灾害的形成与全球变化有一定 的关系o “。 海水入侵灾害的形成是区域人地长期相互作用地结果，孕灾环境、致灾因子 和承载体的组成各要素都表现出人地相互作用的关系，因此海水入侵区域灾害系 统具有明显的自然和人文双重属性。 3 1 承灾体 海水入侵最直接的影响是地下水水质恶化，而就区域而言，水、土、生态等 自然环境要素与人口、经济、社会等人文环境各要素同处于一个物质能量循环系 统中，海水入侵的影响会通过物质能量的流动传递到区域自然、人文各子系统， 形成了波及区域环境、经济和社会各予系统的灾害链( 图3 1 ) ，因此海水入侵 灾害的承灾体即是区域人地系统。 图3 一l 烟台市海水入侵灾害链 3 1 1 自然环境子系统 ( 1 ) 地下水。遭受海水入侵的最直接后果是地下水的咸化，虽然在入侵带 中由于阳离子交换吸附作用等原因，地下水中的阳离子浓度会有所变化，但c l 一 及矿化度基本是在咸淡水混合作用下控制之下，因此，地下水矿化度、c l 一浓度 会明显升高。水中矿化度、c l 一浓度过高会对农作物和人体产生不良影响，因此 我国根据实际情况拟定c 1 一浓度，连续灌溉条件下不超过2 0 0 m g 1 ，问歇灌溉条 件下不超过2 0 0 - - 3 0 0 m g i ，对于饮用水规定氯化物含量不超过2 5 0 m g 1 ，1 9 9 1 年世界卫生组织将饮用水的矿化度的可接受值和最大允许值分别定为0 5 9 1 和 1 5 9 1 。在海水入侵以前，烟台市滨海平原区地下水质较好，c 1 一含量一般为8 0 - l o o m g 1 ，最高不过1 5 0m g 1 ，矿化度一般小于0 5 9 1 ，海水入侵以后，两者 的含量明显升高。如莱州市西由镇地下水矿化度由1 9 7 7 年的0 4 5 9 1 增加到 1 9 8 1 年的5 5 2 9 i ：1 9 7 9 年，莱州市c 1 一含量大于3 0 0 i g 1 的面积为1 5 8 k m 2 ， 到1 9 9 0 年扩展到2 0 1 9 6 k m 2 ，增长1 2 倍。 ( 2 ) 土壤。在海水入侵初期，农业为了保产，不得不用一部分盐度较高的 微咸水进行灌溉，久之，将大量的易容盐带至土壤表层积聚。由海水入侵区于包 气带过厚，水分在土壤及包气带中的强烈蒸发也使土壤盐分有所积累。导致土壤 盐度不断升高，使土壤逐渐变为高含盐量的盐渍土，发生次生盐渍化，土壤耕性 变差，微生物活动减弱，有效养分释放缓慢，有机质含量下降，如表3 1 。土 壤盐渍化危害农作物的正常发育，造成作物减产甚至绝产。至1 9 9 5 年，莱州盐 渍化面积达4 6 0 0 h m 2 ，龙口3 3 0 0 h m 2 。 表3 1 莱州湾海水入侵区农田的养分状况 ( 3 ) 生态环境。烟台市滨海平原自然植被植物群落演替一般为：海洋生态 系统一湖沼生态系统一盐生( 旱生) 低草生态系统一温带阔叶林顶极生态系统。 目前该区正处于盐生( 旱生) 低草生态系统阶段，生态环境稳定性较低，易受人 类活动影响而发生演替。有利的影响使其正向演替，发展为顶极生态系统，不利 影响使其逆向演替，发生植物群落和生态系统的退化。目前，烟台市海水入侵区 地下水质恶化、土壤盐渍化严重，地带性植物和栽培作物逐渐为耐盐植物所代替， 正是植物群落适应退化环境而发生逆向演替的结果。随着土壤盐渍化程度由沿海 向内陆总体减弱，盐生( 旱生) 低草生态系统内发生空间分异，依次为：黄须菜 群落一马绊、蒿子、自茅、旋花混生群落一马绊、茅草、芦苇混生群落一茅草群 落。 3 1 2 社会经济子系统 ( 1 ) 经济方面。海水入侵对区域经济的影响主要通过生态系统的水、土要 素加以控制，水资源短缺和地下水质恶化将直接影响工农业生产及人民生活，而 土壤的