（环境科学专业论文）海水入侵地区的地下水环境恢复研究——以大连南关岭地区为例.pdf

a b s t r a c t f i r s t ，t h i sp a p e rg e n e r a l i z e st h ed o m e s t i ca n do v e r s e a sr e s e a r c h i n gm e a s u r e sa n d s t a t u s q u oa b o u ts e a w a t e ri n t r u s i o n t h ep a p e rs u m m a r i z e sa l io ft h o s ei nd a l i a n a n dp u t s f o r w a r dn e wc o n t e n t sa n dm e a s u r e s t h ep a p e ra n a l y s e st h ew a ya n dt h et r a c ko f s 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 i n gf a c t o r s a n dd i s a s t e r sc a u s e db yt h a ti nn a n g u a n l i n go fd a l i a nc i t y f i n a l l y , i tr e s e a r c h e st h e p r o c e s sw h i c hh a sl a s tf o r4 0y e a r sa n dt r e n do fs e a w a t e ri n t m s i o mt h er e s u l ts h o w st h et h e u n d e r g r o u n dw a t e re n v i r o n m e n th a sr e s t o r e db a s i c a l l y b a s e d0 1 1s u m m a r i z i n gt h er e a s o no f t h a t , w ep u tf o r w a r dt h ea d v i c c sa b o u th o wt or e s t o r et h eu n d e l g r o u n dw a t e re n v i r o n m e n t f u r t h e r t h ea n a l y s i ss h o w st h a tt h e r ea r et h r e et y p e so fs e a w a t e ri n t r u s i o ni nd a l i a nc i t y ： a r e a - f o r mi n t r u s i o n , l i n e a r - f o r mi n t r u s i o na n dc a v i t y s h a p ei n t r u s i o n t h ew a y so fi n t r u s i o n a g ek a r s tf i s s u r e ，s t r u c t u r a lf r a c t u r ea n dt h ei n t r u s i o ni nc o n m c t - 功n eo fd i a b a s ea n dr o c k i n f l u e n c i n gf a c t o r so fs e a w a t e ri n t r u s i o na r ea sf o l l o w ：g e o l o g ya n dh y d r o g e o l o g ya r et h e g e o l o g i c a lb a c k g r o u n df o rt h es e a w a t e ri n t r u s i o n ；h u m a ni r r a t i o n a lp r o j e c t ss u c ha s e c o n o m i ca c t i v i t i e sa r et h em a i nf a c t o ro fs e a w a t e ri n t r u s i o n a c c o r d i n gt ot h ee x p l o i t a t i o n o fu n d e r g r o u n dw a t e ri nt h er e s e a r c h i n ga r e a , w ed e f i n ef o u rs t a g e so fs e a w a t e ri n t r u s i o n ： u n i n t r u s i o ns t a g e , s l i g h ti n t r u s i o ns t a g e ，s e r i o u si n t r u s i o ns t a g ea n dr e s t o r a t i o ns t a g e t h e t r e n do fs e a w a t e ri st h a tt h ei n t r u s i o na r e av a r i e sa sf o l l o w i n gr u l e ：s m a l lt ob i gt os m a l l ；t h e i n t r u s i o nd i s t a n c e ：a n e u rt of a rt oa n e a r t h ec o n d i t i o no fs e a w a t e ri n t r u s i o nh a si m p r o v e d t h em a i nr e a s o n so ft h er e s t o r a t i o no fu n d e r g r o u n de n v i r o n m e n ti nt h er e s e a r c h i n ga r e aa r e a s f o l l o w ：a d j u s t m e n to fi n d u s t r ys t r u c t u r e ，i m p r o v e m e n to f s h i l l si ni n d u s t r ya n d a g r i c u l t u r ea n dl o n g - d i s t a n c ew a t e rt r a n s f e rp f o j e c t f i n a l l y , w ep u tf o r w a r ds o m ea d v i c e s w h i c ha r eo f f i n gc o n t r u l i n ge x p l o i t a t i o n , r e g i o n a lc a s c a d es t o r a g e ，e x p l o i t a t i o na l t e r n a t i v e ， d o s u r ea n de x p l o i t a t i o na n ds t r e n g t h e n i n gt h el e g a lm a n a g e m e n t ，t of u r t h e rr e s t o r et h e u n d e r g r o u n dw a t e re n v i r o n m e n ti nt h es e a w a t e ri n t r u s i o na r e a n a n g u a n l i n g ；s e a w a t e ri n t r u s i o n ；o m u m l w a t e re f l v l f o c t m e n t a l 馆酬a 啪：i n d u s t r i a l 矧呐 c l u 旧 海水入侵地区的地f 水环境恢复研究一以火连南关岭地区为例 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加以标 注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果 对本人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明井表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期：卅， f 学位论文版权的使用授权书 2 7 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借阅。奉文授权辽宁师范人学，可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名： 5 2 指导教师签名 日期 之叫 臻 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 1 1 海水入侵的概念 第一章绪论 海水入侵是滨海地区常见的一种自然地质灾害，世界各国的专家、学者纷纷根据 自己的理解对其含义进行了描述，但是迄今为止，还没有一个一致的定义，甚至对这 一现象的称谓及其涵盖的范围都存在着不同的认识。国外文献一般称之为盐水入侵 ( s a l i n i t yi n t r u s i o n ) ，国内文献除称海水入侵外，还有海水侵染、海水内侵、海水地下 入侵、咸水入侵、咸水侵染、卤水侵染等名词，但相对而言，目前接受“海水入侵” 的学者较多。中华人民共和国国家标准水文地质术语( g b t 1 4 1 5 7 9 3 ) 中提到：“海 水入侵是指海滨地区，因过量抽取地下水，海水和地下淡水的天然平衡条件被破坏， 从而引起海水向大陆含水层推移的一种有害水文地质作用”。从上述定义可以看出， 海水入侵的本质是：“滨海地区由于人为超量开采地下水，引起地下水位大幅度下降， 海水与淡水之间原有的动态平衡被破坏，从而导致咸淡水界面向陆地方向推进”。由 此，海水入侵相对完整的定义为：在自然或人为因素的影响下，使滨海地带含水层的 水动力条件发生了改变，淡水与海水之间的平衡状态发生了变化，导致海水或与淡水 有直接动力联系的高矿化度的地下水沿含水层向内陆方向侵入，咸淡水界面不断向陆 地推进，使地下淡水资源不断遭受破坏的过程与现象。 1 2 海水入侵的原理 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 ，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 卜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。 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 雉l 酊 图1 l 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，6 h y b e n - h e r z b e r g 公式 表示为： z 。生一h ， ( 1 1 ) p 。p | 。 式中：p ，、p ，分别为淡水密度和海水密度；h ，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，如图卜2 所示： 地而 图1 - 2 水力平衡条件下海水与淡水的不相混溶界面 通常状况下p = 1 0 2 5 9 c m f , 将其与p ，= 1 0 0 0g c d ，代入式( 1 1 ) 得： z = 4 0h ， 1 0 0 0 t d ) 主要分布在南关岭、泉水、前盐及后盐一带。由于受构造、地形地貌条件的控制， 岩溶裂隙发育，故含水层水量丰富含水层底板标高与岩溶发育底板标高基本一致， 分别为各岩溶发育段岩溶发育的减弱带( 一l o - 9 0 m 高程) ，即地下永的水平弱径流带。 单井涌水量均大于1 0 0 0t d 。极个别小于1 0 0 0t d ，反映岩溶裂隙水富水的不均匀 性。渗透系数一般在1 1 6 1 7 4 5 m d ，最大达8 9 5m d 。地下水水化学类型主要为 c 1 型，其次为i l c 0 3 - c 1 型及c i - h c 0 3 型。 ( 2 ) 水量较丰富区( 单井涌水量5 0 0 1 0 0 0 t d ) 主要分布在南关岭泉水、上三道沟下三道沟及大连锻造厂前盐一带水量丰 富区外围及甘井子地段。断裂构造比较发育。含水层底板标高也在一2 0 _ 9 0 m ，单井 涌水量一般在5 0 0 1 0 0 0 t d 间，渗透系数一般在0 4 7 3 8 8 m d 间。地下水化学类 型主要为c 1 型，次为c i - h c 嘎型及h c o j - c 1 型。 ( 3 ) 水量中等区( 单井涌水量l o o 5 0 0 t d ) 主要分布在南关岭大连锻造厂以北、上三道沟下三道沟与南关岭泉水问水 量较丰富区外围及西部边缘地带。断裂构造不太发育，汇水条件较差。单井涌水量 1 0 0 5 0 0 t d 问。渗透系数一般在0 0 4 1 0 3 3 5 m d 间。地下水水化学类型主要为 h c 晚一c 1 型，次为c 1 - h c 嘎型及h c 0 3 型。水质较好。 ( 4 ) 水量贫乏区( 单井涌水量 l o o t d ) 均分布在低丘陵较高部位上，大都为分水岭地带。构造不发育。单井涌水量均小 于l o o t d ，渗透系数在0 0 0 4 8 0 ，1 2 m d 间。地下水水化学类型主要为水质好的h c 如 型，次为h c 0 3 一c 1 型。 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 2 5 2 地下水补给、径流、排泄方式 i 、补给来源 区内地下水补给来源以大气降水为主，表现为丘陵基岩裸露区直接接受大气降水 垂向入渗补给，丘间谷地等局部第四系覆盖区，则通过第四系覆盖层( 强透水不含水 层) 垂向接受大气降水入渗补给及季节性河流垂向、侧向补给。除此之外，局部尚存 少量菜田水回渗补给。地下水动态与大气降水存在完全一致的同步关系，具有明显的 潜水特征。 2 、径流条件 区内地下水径流条件较复杂。天然状态下，当含水层处于饱和状态时，基本上呈 与地形地貌吻合的天然流场趋势，由高部位向低部位水平径流或呈天然露头( 下降泉 等) 形式溢出，汇集于河流排泄入海。六十年代以前，本区丰水期间歇性泉较多，是 裂隙岩溶水主要捧泄方式之一。其中前关、前盐及泉水等沿海洼地均存在地下水天然 排泄一沼泽湿地。但随着近4 0 年的人工开采，破坏了天然状态下的平衡，局部便形 成地下水开采降落漏斗( 南关岭、三道沟等地) ，陆域间歇性泉已消失。天然状态下 陆域淡水向海中泄流，亦由于局部形成降落漏斗而发生海水向陆地侵入。 3 、排泄方式 区内裂隙岩溶水的排泄主要包括人工开采( 工业开采、农业开采) 及垂向蒸发与 侧向径流入海。 2 5 3 地下水水位动态特征 地下水位的变化主要反映补给量与排泄量( 包括开采量) 的变化。 通过对区内地下水动态长观资料的分析，地下水具有如下动态特征： l 、中三道沟、南关岭泉水等地段的水位降落漏斗区，1 9 8 5 年前后地下水位有 过短期回升，以后由于强烈开采处于持续下降状态。个别地点如前盐( s 。孔) ，地下 水位下降虽未形成降落漏斗，但也呈下降状态。见表2 - 6 。降落漏斗影响范围以外地 段地下水位均有不同程度回升。幅度在1 4 8 3 1 7 米。 表2 - 6区域多年地下水位变化表 文 泉水北中三道沟南关岭泉水前盐 s &s 1 & is 1 枯水期枯水期桔水期枯水期枯水期 差值差值差值差值 水位差值( 一)水位 水位水位 水位 ( 神( )( _ )( - ) ( 岫)( 正)( 皿)( 皿)( m ) 1 9 8 2- 4 0 9- 3 1 2一1 1 9o 7 0 1 9 8 53 0 4+ 7 1 34 0 5+ 7 1 7 i 6 7 + 2 8 6 - 8 8 7 o 6 3 一o 0 7 1 9 8 81 3 2一1 7 21 船- o 0 9o 5 0+ 9 3 7o 5 1- o 1 2 1 9 9 2- 8 7 0l o 0 21 0 15 0 63 2 1+ l 6 31 9 2+ 2 4 20 6 2一1 1 3 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 续表2 - 6 7 后关锻造厂下三道沟石矿 s 瑰s s * 枯水期水 差值枯水期水枯水期水枯水期水 差值( 1 )差值( i ) 差值( m ) 位( - ) ( _ )位( d位( m )位( m ) 1 9 8 21 4 40 2 27 8 2 1 9 8 5 o 1 5- 5 4 8- 6 9 20 3 9 + o 1 1 9 黯0 5 0+ o 3 52 8 5+ 2 6 32 0 8- 2 4 73 1 l 1 9 9 24 4 3+ 1 5 81 0 9+ 3 1 73 3 8+ 0 2 7 2 、地下水不同动态类型，反映着开采强度和补给程度的差异。“气象一工农业开 采型”，动态曲线表现为年升降幅度最大( 1 1 4 5 1 6 1 3 米) 、年初年终水位差最大 ( o 3 4 米) 的特点。显示出工农业开采地下水的迭加影响，出现补给量小于开采量的 超采状态( 图2 - 4 ) ；“气象一工业开采型”( 厂矿自备井) ，地下水位升降幅度( 7 ，6 6 米) 及年初年终水位差( o 1 9 米) 小于前述动态类型( 图2 - 5 ) ：“气象农业开采型” 的动态曲线反映了用水的季节性、阶段性，年地下水位升降幅度( 4 2 7 7 2 5 米) 和 年初年终水位差( o 0 5 米) 均较上述二种动态类型为小( 图2 6 ) 。 睢 图2 - 41 9 9 2 年s - 孔地下永位动态曲线 1 7 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 降 喜重 ( m ) ( m ) 2356 7 89 1 01 11 2 月份 图z - 51 9 9 2 年s 孔地下水位动态曲线 123 5 8 78 9 1 01 1 ，2 月份 图2 _ 61 9 9 2 年s t 孔地下水位动态曲线 3 、地下水的各种动态类型都不同程度地反映出与大气降水关系的密切性。即雨 季( 主要为7 、8 、9 三个月) 补给阶段，地下水位为年内最高，漏斗区显示出地下水 位迅速升高的特征( 漏斗区平均升高值为9 4 1 米，其它区平均升高值为4 6 5 米) 。 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 第三章海水入侵方式及途径 3 。1 海水入侵的方式 海水入侵污染地下水的方式，随着岸边含水层介质和空隙性状不同而区别，大体 可分为两种入侵方式。一是均匀孔隙介质的面状入侵；二是非均匀裂隙岩溶介质的线 状或管道状入侵两类。 1 均匀孔隙介质的面状入侵 主要发生在第四系松散堆积层的平原区，含水层( 或透水层) 埋藏深度低于海平 面，当超量开采使孔隙水趋向疏干的情况下，海水便向内陆均匀漫延，从而引起海水 入侵嘲。当裂隙岩溶成网状均匀发育时，随裂隙岩溶水开采量的加大，其海水入侵也 表现出均匀介质入侵特点啪1 。 2 非均匀裂隙岩溶介质的线状或管道状入侵m 1 主要发生在裸露半裸露的基岩裂隙及岩溶水发育区，南关岭地段即属于岩溶发育 区范围。海水入侵是不均匀的，其表现无论是在水平方向上还是垂直方向上都有差异 性，多呈线状或管道状入侵，为此表现出入侵面参差不齐的形态，在非均质的线状入 侵中，水平和垂直方向上存在以下两个特点。 1 ) 水平方向上的变化 据监测资料表明，地下水氯离子在水平方向的变化，均与距海远近密切相关。距 离海岸近的井氯离子含量高，距离海岸远的井氯离子含量低。如图3 - l 。在开采井变 化曲线中，观6 6 号并氯离子含量远低于距海较近的观7 0 号并。 观70观田观67观 然而许多咸水区和咸水点的分布，并非完全如此。有的距离海较远，氯离子含量 却增加幅度较大。例如观9 号井，它与观1 5 、观1 2 、观1 1 、观1 0 号井相比，是距海 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 较远的长观井，其氯离子增加幅度较大。见表3 一l 。又如观6 8 号井，与同一排观测井 观7 0 、观6 9 相比，也是比较远离海岸的井。从1 9 7 8 年到1 9 8 1 年枯水期，其氯离子 增加幅度最大。 表3 - l 南关岭地段观测井氯离子含量变化幅度统计表 项目离子含量年变化幅度呱几多年平均变幅 井号1 9 7 7 焦 1 9 7 8 定 1 9 7 9 笠1 9 8 0 盆1 9 8 1 芷 q l 观1 53 1 6 11 5 3 3 72 2 2 97 5 8 3 8 0 8 9 5 27 3 8 观1 2 8 6 6 61 0 1 6 1 2 2 2 88 7 6 11 1 2 8 68 2 2 0 4 观1 l1 7 1 63 9 7 24 8 61 7 8 44 7 7 92 8 4 6 4 观l o2 0 6 44 0 4 06 4 71 2 4 51 0 3 11 8 0 5 观95 0 4 36 1 2 42 7 7 95 0 2 75 7 7 14 9 4 鹋 如图3 2 及表3 2 从单井自身的年内变化幅度看，也反映了观6 8 号井氯离子变化幅 度是最大的。这一反常现象的出现，说明此井有深部断裂沟通海水。在水平方向上反 映出海水入侵的灶状分布特点。 a 。 o 啦町 8 0 8 咖 伽 锄 抛 嘞 黼 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 表3 - 2前盐村、后盐村观测井氯离子含量变化幅度统计表 项目离子含量年变化幅度昭l多年平均变幅 井号 1 9 7 8 短1 9 7 9 燕1 9 8 0 定1 9 8 1 年m g l 观6 62 4 1 82 5 2 66 0 9 95 1 2 5 4 0 4 2 观6 71 0 2 3 83 8 5 91 0 5 6 19 27 28 4 8 2 5 观6 84 2 5 0 32 8 5 5 85 9 4 2 46 2 8 3 ，9 4 8 3 4 1 观6 91 8 1 1 92 5 2 52 7 8 1 52 2 4 9 61 7 7 3 8 7 观7 02 1 7 4 02 6 9 91 7 1 3 61 3 9 4 6 7 2 ) 在垂直方向上，分布特点则表现为上淡下咸的趋势。 1 9 7 8 年桔水期南关岭地段进行了4 眼井的定深采样，分析资料表明深部裂隙岩溶 水的氯离子含量高于浅部裂隙水的氯离子含量。见表3 - 3 。 表3 - 3垂直方向上氯离子含量变化统计表 枯水期 垂直方向上氯离子古量 垂向取 井深离海距水位埋 井位a _深度最大c rc i 增量样数 ( m )离( 舶)深( m ) ( m 酣) ( 皿口( m g ) ( 个) 4 5 ，0 5 2 3 7 7 9 5 5 9 7 泉水村机井 1 8 1 8 21 眈0l 伽1 8 1 5 舾 8 5 0 52 5 7 6 37 5 8 1 3 4 81 4 7 1 3s 6 1 8 南关蛉一瓢1 2 号井9 0 9 51 1 5 0 2 2 0 b2 29 8 6 4 81 7 1 3 0帅3 5 第二水文队供水井鹋5 工1 3 0 o 9 3 7 7 5 2 j1 9 5 o 3 0 0 02 51 8 6 9 南关岭四队9 号井5 ”9 1 0 5 o5 6 4 82 6 91 7 0 o4 0 3 02 4 6 3 2海水入侵的途径 海水入侵途径较复杂，除受岩性、开采强度、地下水动力场变化因素影响外，主 要受岩溶发育和构造断裂的控制。 1 、裂隙岩溶是非均匀入侵方式中主要入侵通道。 海水入侵主要与岩溶发育程度密切相关，入侵的快慢受岩溶裂隙发育程度控制， 入侵严重地区多是裂隙岩溶发育良好的灰岩、白云质灰岩。发育标高多在o 负7 0 米。定深取样证明氯离子含量高的部位与岩溶发育部位是一致的。2 0 世纪8 0 年代， 后盐村长观井2 9 号氯离子含量高的部位为负5 负4 5 米；南关蛉长观井2 6 号氯离子 含量高的部位为负2 负7 2 米，见图3 3 及图3 - 4 。岩溶的发育程度为海水入侵创造 了条件，同时，海水入侵也受到岩溶发育规律的制约。 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关蛉地区为例 图3 - 3 观2 6 号定深取样c l 含量分布凰 c l #n ” - - 0 。” j ” o 7 ，- “ “1 - 。i 。一 也 、一、 书 工= 工 、j 工= 工e - ，- - - - - 【- 一 签 j 2 、构造断裂为海水入侵提供了通道。 构造断裂，尤其是正断层沟通海水成为导通海水的最好媒介。南关蛉至前、后盐 村的海水入侵速度之快、范围之大，其主要原因是地下水的大量开采和受北西向骆驼 山泉水眼子断层，以及前后盐村近南北偏西方向的两组充水断裂导通海水的影响 海水入侵内陆后又通过其它断裂的传导，造成虽距海较远，但出现水质较咸的水 点的特殊现象。如南关蛉地段观9 号井与后盐村的观6 8 号井，远离海岸而出现氯离 子含量高的现象( 参见表3 - 1 ，表3 2 ，图3 - 2 ) 。可见，构造为海水入侵提供了通道， 而断裂构造则是控制基岩裂隙水区海水入侵的主要因素。 3 、辉绿岩体与基岩的接触带则是海水入侵的一个不可忽视的途径 由于辉绿岩侵入的烘烤蚀变，使接触带部位裂隙发育，海水容易通过这个接触带 入侵，当辉绿岩体垂直于地下水流向则起阻水作用，反之在一定程度上起导水作用。 。1叫l|i叫l刮j 。引i叫ll叫l|1111一 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 第四章海水入侵的影响因素及危害 4 1 海水入侵的影响因素 海水入侵是在天然和人类活动复合作用地下咸淡水共同运动的液体动力学过程。 地质和水文地质条件为海水入侵的形成提供了地质环境背景条件，人类不合理的工程 经济活动则是诱发海水入侵的主要因素。本文就大连南关岭地区发生的海水入侵 现状，可将其发生条件分为自然因素和人为因素两种。自然因素包括地质、地貌、岩 溶条件、水文地质条件、水文和气象条件，这些自然条件不仅为海水入侵提供了必要 的客观条件。更重要的是为海水入侵提供了入侵途径和通道，控制着海水入侵的方向 和程度；人为因素包括地下水不合理开采等。现分述如下： 4 1 1 自然因素 1 、气候 1 ) 降水量影响 多年资料表明，降水量对海水入侵程度起着控制作用。地下水补给主要来源于大 气降水，降水量补给和开采量是海水入侵问题的两个方面，是地下水动平衡的主要因 素。在本区降雨量与开采量二者之间是相互制约的。当年降水量大时，地下水的补给 量亦大，开采量反而小了，地下水向淡水方向转化，氯离子含量降低。反之降水量小， 补给量也少，旱象严重，开采量增加，特别是农业井加大开采强度，过量开采导致海 水入侵，氯离子含量明显增高。 图4 - 1南关蛉地区降水量与7 0 号长观井氯离子变化情况 1 o 9 0 q 8 7 一6 0 0 l5 0 0 t4 0 0 3 2 1 o 1 9 7 81 9 7 91 9 8 01 9 8 11 9 8 21 9 8 31 9 8 41 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 8 81 9 8 91 9 9 d 年 匡至壅三j 囹 由水情资料显示，大连地区汛期降雨量最多的年份是1 9 8 5 年7 2 4 4 毫米，其次 ( i a e 一 姗蹒鲫椭狮啪 |耄懈删懈倒煳啪啪伽撇。 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关蛉地区为例 是1 9 9 4 年7 1 3 0 毫米。在这两个年份里，南关岭地段海水入侵都发生了明显减弱 1 9 9 9 年、2 0 0 0 年、2 0 0 1 年连续三年大连遭遇持续干旱，2 0 0 2 年又出现了5 0 年来特 大干旱，从七月到九月下旬近三个月的主汛期，全市几乎都没有较大的降水过程，南 关岭地段水位总体呈下降趋势，海水入侵加重。这种反性相关性从逐年单井的氯离子 含量随降水量变化情况可以看出( 图4 一1 ) ，图中1 9 8 0 1 9 8 5 年反相关性明显。其它 年份相关性不明显说明还有另外的影响因素存在。 从整体上反相关性也很明显，见图4 - 2 甘井子区降水量与平均氯离子逐年变化情 况，1 9 9 2 1 9 9 8 年对应情况相符，而其他年份的对应关系并不明显，说明尚有其他因 素对海水入侵起着更大的影响作用。 图4 - 2 甘井子区降水量与平均氯离子逐年变化情况 1 8 1 6 1 4 0 0 1 2 1 咖蔷 8 0 0 量 6 4 0 0 2 o 1 9 8 91 9 9 01 9 9 1 1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 5 1 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 0 焦 匣堕查墨= ! 簦塑三鲨壅l 2 ) 气温变暖、海平面上升 当今世界经济飞速发展，能源大量燃耗过程中向大气层排放超量的c 如、h 2 s 及 其它3 0 多种废气形成“温室效应”，造成了全球性增温嗍。由测温结果表明，1 9 9 2 年的年均气温比1 9 5 1 1 9 8 0 年期间的平均气温高0 1 9 ，1 9 9 3 年的年均气温比1 9 5 1 4 1 9 8 0 年期间的平均气温高0 2 7 1 2 ，由此可见，全球气候变化总的趋势是气温升高嘲。 王绍武等建立的近百年中国温度变化序列也有相似趋势，上个世纪八十年代以来，我 国温度有显著的加速升高趋势，而进入9 0 年代后的1 9 9 0 、1 9 9 5 、1 9 9 7 、1 9 9 8 年创历 史最高年均温度m 1 。随着全球气候及中国气候变暖加剧海平面也呈升高趋势，二十世 纪7 0 年代以来中国海平面的变化有三个升高阶段：1 9 7 1 1 9 7 5 年为第一个上升期， 相对海平面从负3 9 厘米上升到7 5 厘米，升幅达11 4 厘米；第二个上升期是1 9 7 8 1 9 8 3 年，海平面从负2 6 厘米上升到7 5 厘米，升幅在1 0 1 厘米；1 9 8 6 - 1 9 9 5 年为 啪啪|堇咖蓦枷蛳鳓椭。 一e e l 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为椤| f 第三个上升期，海平面从负2 5 厘米上升到1 3 6 厘米，升幅在1 6 1 厘米上述 资料表明，气候变暖、海平面升高是大连海水入侵发生的全球环境背景，也就是说即 使其他条件不变，海平面上升也会使原有咸淡水之间的水动力平衡遭到一定程度的破 坏，也有可能引起海水入侵。 2 、地质及地质构造 地质构造发育在很大程度上影响了其海水入侵程度，地质构造越发育，与海水的 连通性就越好就越易发生海水入侵。就南关岭地段而言，地质构造较发育，北东向构 造主要有南关岭背斜和下三道沟向斜，其轴部为震旦系灰色、灰黑色，中厚层为泥粉 晶灰岩，这两条褶皱是海水入侵主要连通通道之一。主要断裂有金家街姚家村逆断 裂，后盐村逆断裂，大都与海水有连通关系。北西向构造发育较晚。有泉水眼子骆 驼山逆断裂，为震旦系灰质、白云质、泥质的碳酸盐系地层，直接与海水沟通，是大 连地区地下含水层的海水入侵的最重地段之一。可见，越是地质构造发育，地下水水 量就丰富，开采量就大，相应水位降深就大，海水就必然沿着构造裂隙向内陆入侵。 3 、地貌 区内滨海低丘陵丘问谷地交替变化缓慢起伏地形加剧了地表水文网的分布与 地表径流强度，促进了地表风化壳岩溶的发育，为大气降水与地表水的入渗打开了缺 口与通道，使负地形中表层岩溶普遍发育；同时也加剧了地下水的循环与垂直交替作 用，使岩溶发育带向深部扩展。因此不同地貌部位，有着不同岩溶发育形态，并在强 度上表现出明显的差异性。在南关岭地段丘间冲洪积谷地内的溶蚀洼地或溶蚀沟谷等 低凹部位，因地表水与地下水长期强径流的作用，除了表层岩溶发育，溶沟、溶槽遍 布外，深部广泛发育串珠状溶洞与连通性较好的溶隙，溶洞之间通过裂隙、微裂隙相 互连通，岩溶化程度较高，为海水入侵提供了便利条件“1 。 4 、岩溶条件 在地质构造、古地貌、古气候、古水文地质条件、海陆变迁与海浪潮汐及岩性结 构等多种因素的综合影响和控制下，形成的形态各异的溶洞、溶隙、溶芽、溶蚀漏斗、 岩溶洼地、溶槽及溶孔等诸多贮水和运移空间，是地下水的径流通道，也是海水入侵 的重要通道之一 5 、水文地质条件 地下水由于受地质构造控制，形成不同类型的蓄水构造。在南关岭地段内为向斜 蓄水构造。碳酸盐岩类由于构造作用，使其溶洞、裂隙极其发育，极易接受各种水的 补给，贮存着极丰富的裂隙岩溶水，是该区工农业开采利用地下水的重要地段。由于 长期在这些岩溶地段强烈开采地下水，水文地质条件发生了根本变化，改变了天然状 态的动态变化规律，即枯水期人为开采，地下水水位区域下降，形成降落漏斗，地下 水呈反流向漏斗中心，引起不同程度的海水入侵。而丰水期由于常年开采的影响，形 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 成降落漏斗，改变了过去的由分水岭向下游自然排泄入海的运动规律，而由近海向内 陆流向漏斗中心的趋势。南关岭地区地下水主要类型为碳酸盐岩类裂隙岩溶水，岩溶 地下水极丰富地段恰是海水入侵最严重地段。 4 1 2 人为因素 造成海水入侵的根本原因是不合理开采地下水，如图4 5 。天然状态下，含水层 中淡水向海方向排泄，咸淡水界面为界面l ，地下水潜水面为潜水面l 。当一些地段 开采量超过补给量，地下水位连续下降，并低于海平面时，就改变了地下水动力平衡 状态，出现水位下降漏斗( 或虽未形成水位漏斗，但水位低于海平面，呈下降状态) ， 地下水流向漏斗中心( 或向低于海平面的低水位区流动) 。这时海水沿通道乘虚而入， 图中咸淡水界面由界面1 渐变为界面2 ，潜水面1 渐变为潜水面2 。图中s 为入侵的 海水。图4 - 6 为1 9 9 2 年南关岭泉水海岸地下水水动力剖面。s 。孔、s 。s 孔及s * 孔地下水位均低于海平面，海水以不同方式入侵至南关岭附近。 抽 水 f 捩水 s 海水文入侵削 宙_ 5 潞每地带海水入侵示意图 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 南关岭地段1 9 8 3 年地下水开采资源1 8 万吨日，实际开采量5 万吨日，超采 1 8 倍，形成区降漏斗面积1 1 0 平方公里，漏斗中心水位负1 9 4 6 米，其中氯离子含 量从1 9 8 1 年到1 9 8 3 年平均年递增1 2 2 9 毫克升，海水沿南关岭背斜轴部向南推进 8 6 0 0 米，1 9 8 8 年退回到7 2 5 0 米；向西沿骆驼山断裂推进4 8 0 0 米，1 9 8 8 年推进5 0 0 0 米，地下水遭受严重破坏。据资料表明，南关岭地区1 9 6 4 年提交的勘探储量为3 6 0 0 吨日，而1 9 7 7 年实际开采量达5 0 4 8 0 吨日( 表4 - 1 ) ，是1 9 6 4 年提交储量的1 4 倍。 以上数据足以说明过量开采地下水破坏了地下水天然状态下的平衡，引起海水沿着岩 溶通道和构造通道向内陆入侵。 表4 - l1 9 7 7 年枯永期南关岭地段开采量统计表 离心泵深井泵潜水泵 口径( 寸)2462462 水量( 吨时)2 08 0 1 4 01 5 6 01 0 02 0 水泵台致1 66 l 21 84 18 开采量( 吨时) 3 2 04 8 0 1 4 03 0 1 0 8 0 4 1 0 1 6 0 总开采量( 吨日)5 0 4 8 0 由甘井子区平均氯离子浓度与实际开采量逐年对照图( 图4 - 3 ) ，可以看出，氯离 子浓度随开采量的减少现呈下降趋势，反映了该地区海水入侵随着开采量的减少而日 趋改善。 鬻1叫叫刈j_-1叫叫_一 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 1 8 1 6 1 4 1 2 0 0 喜1 0 0 0 、e ，8 0 0 6 4 0 0 2 0 0 0 图斗3 甘井子区平均氯离子浓度与实际开采量逐年对照图 、 _ _ 、一 一 、一 t 1 1 i 一 1 9 8 9 1 9 9 01 9 9 1 1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 0 5 o 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 圣 2 5 0 0r 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 色 开采强度过大也是造成海水入侵的人为因素之一。在富水地段，开采井密度大， 互相干扰，影响半径连在一起，造成地下水位大范围大幅度下降，出现高副压漏斗中 心，形成区域性的降落漏斗区，因而改变了地下水的运动方向，产生反向径流，使海 水有机会侵入到淡水中。据1 9 7 8 1 9 7 9 年统计，南关岭地段2 4 平方公里内机电井 数达1 2 4 眼，其机井密度平均为5 1 眼平方公里，最小4 眼平方公里，最高达1 8 眼平方公里，这样不合理的集中开采区地下水必然加剧局部地段地下水降落漏斗不 断向淡水边界的水方向扩展。 4 2 海水入侵的主要危害 由于自然因素与人为因素的复合影响，导致大连市海水入侵发生、发展，给工农 业及人民生活带来巨大危害。分述如下： 1 、对工业生产的影响 改革开放以来，大连市的工业生产发展很快，老厂改造，新厂增加，工业产值不 断提高，各行业需要大量的淡水资源，海水入侵减少了可以利用的地下水资源，直接 影响了企业的兴建和发展。一些企业因受海水入侵影响，锅炉管道及抽水设备严重腐 蚀，损失惨重。如在甘井子区，该区工厂林立，产值超亿元的大厂十几个，且都是用 水大户，在限额供水的情况下，工业生产用水不足，工厂自备并加大开采量，导致水 质恶化，高氯水腐蚀生产设备，为此工厂每年用水设备维修和远距离调水增加的成本 就达数百万元，这样的企业有大连化学工业公司、大连钢厂、大连造纸厂、大连染料 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关岭地区为例 厂、石油七厂、5 2 3 厂等。此外，用入侵后的地下水进行工业生产，大大降低了产品 质量，如大连染料厂用入侵的地下水生产苦味酸，产品光泽度达不到要求不得不将出 口产品转为内销，使工厂蒙受很大的经济损失。 2 、对农业生产的影响 海水入侵对农业生产的危害，集中反映在使农作物的产量降低，首先是使灌溉的 地下水水质变成，成为不适宜用于灌溉的咸水或半咸水，农田保浇面积减少，灌水量 不足，农作物因得不到适时、适量的灌水而降低其产量；其次是农业为了保产，不得 不使用一部分含盐量较高的半咸水进行灌溉，久而久之，将使表层土壤产生不同程度 的积盐，耕性变差，肥力降低，农作物随其生态环境的恶化而减少收获量，随着海水 入侵的继续发展，地下水的含盐量进一步增加，使之完全失去了灌溉效能；再次当地 下水的开采量大幅度削减，地下水在侧向渗流和垂直入渗的补给作用下，水位逐渐升 高，达到地下水位埋深小于临界水位埋深时，地下水的蒸发量急剧增加将大量的易溶 盐类带至地表积聚，使土壤逐步变成为高含盐量的盐渍土，危害农作物的正常发育， 造成严重的减产或绝产，海水入侵正是这样通过改变农业生产条件，恶化农作物生长 环境，危害农业生产的。 如上所述，大连市长年用咸水灌地，使土地耕性变差，植物枯萎，连年减产或绝 收，菜田面积逐年减少，蔬菜品质也大幅度下降。如有名的稻米之乡稻香村，在1 9 9 3 年左右，由于水质严重恶化，变成一片盐碱荒地，长满了抗盐野草，面积达2 6 平方 公里。再如，过去南关岭地区的蔬菜地常年用咸水灌溉，土地板结，植物枯萎，连年 减产，特别是蔬菜种植面积年年减少，果菜( 黄瓜、茄子、芸豆等) 花落果掉，萝卜 空心、白菜烂心，只好将蔬菜基地移到金州大莲泡甸子里和三十里堡一带。海水入侵 也使沿海地带大片灌木死亡，高棵乔木枯干、死，玉米大豆苗缺不齐等。 3 、废井增加，危害水源 由于海水入侵，氯离子和矿化度含量高，已不能做灌溉水井了，而废弃了生产井， 南关岭地段据不完全统计达1 8 眼，有的厂矿供水井，因海水入侵，水质变坏，不能 饮用，废弃供水井，吃自来水。由于海水入侵，水质恶化，位于隐伏岩溶区的革镇堡 是自来水公司水源地，由于水质硬度超标，而废弃了该水源地。2 0 0 2 年监测数据显示， 只有1 2 0 9 6 的水井水质良好。碧流河水库即是为解决大连市人民吃水难而兴建的。 4 、饮用水成了当务之急 由于海水入侵，生活用水出现困难，有些乡、村居民不 导不饮用劣质水，使得甲 状腺、氟斑牙等疾病的发病率显著增高，呈现黄牙，个别还有面部发黑并有白斑的症 状，严重甚至丧失劳动能力，这都与长期饮用氯离子含量过高的水相关。由此可见， 海水入侵对人体健康的危害已由潜在变为现实。 海水入侵地区的地下水环境恢复研究一以大连南关蛉地区为例 第五章海水入侵进程及趋势分析 5 1 海水入侵划分原则 在海水入侵的研究中，首要的问题是判定海水入侵是否发生以及海水入侵发生的 范围大小，要精确地确定海水入侵范围的界线是不可能的，但确定海水入侵的大致范 围还是能够做到的，这就需要制定相应的标准，以便在做区域调查及海水入侵研究时 作为判明海水入侵的统一标志。 海水入侵陆地含水层后，会引起过渡带内地下水化学成分发生变化，其中最为明 显的是氯离子含量的变化。海水中氯离子含量大大地高于地下淡水，当海水入侵含水 层时，海水与地下淡水混合，会引起地下