海岸带城市地下水基本类型及分布特征.doc

海岸带城市地下水基本类型及分布特征摘要：海岸带地下水主要受控于陆地地质作用，尤以大地构造作用和河流地质作用为主。我国海岸带主要包括基岩和松散沉积海岸带这两大基本类型。松散沉积物类海岸带地下水以孔隙水为主，其含水介质单一，含水空间变化大，地下水赋存和分布规律相应复杂。以晚更新世为界，地下水可划分为上、下两层（部），上部有淡水分布，部分地下淡水资源有一定供水意义；下部以地下微咸水、咸水多见，但在海水入侵作用下的河口三角洲地区地下水分布上咸下淡。基岩海岸带地下水是以裂隙水或岩溶水为主，多为淡水，其水资源量与当地降水入渗和基岩入渗强度有直接关系。除砂砾石台地的基岩类海岸带、少数溺谷型泥质海岸带的河谷内和碳酸盐岩分布区外，一般无集中供水意义。关键词：海岸带；地下水；基本类型；分布特征1 前言海岸带作为陆地与海洋的过渡地带，是自然生态环境相对脆弱地区。而人类活动加剧，海岸带城市经济社会的快速发展，海岸带的环境和资源压力日趋严重，而海岸带城市一系列环境地质问题的产生则与地表水、地下水环境的改变关系密切1。在自然和人类活动共同作用下，当地表水和地下水中营养元素或污染物的含量发生变化，其对海岸带和近海生态环境系统的影响，将进一步地制约海岸带地区经济的可持续发展2 3。为此，以海岸带作为一个理想断面，其物质、能量的通量变化是海岸带科学研究的抽象或实质。在垂直海岸线方向上，海水入侵和海底地下水排泄的地下水通量变化显著。国内外海洋科学研究者将海岸带类型划分为基岩海岸带、砂砾质海岸带、淤泥质海岸带、红树林海岸带、珊瑚礁海岸带和河口等6个类型，并且不同类型有其相应的分布特征4-10。为了分析我国海岸带城市地下水分布状况，作者通过选择陆域2个特征因子（地形地貌、地层岩性（储水空间介质）和海域5个特征因子（20m水深内的海域宽度、海底岩性、海底地形地貌、海域沉积水动力条件、平均潮差），通过Q型聚类分析和因子分析，成果反映陆地地质作用是控制海岸带形成、发育和演化的主要营力，因此陆地部分特征差异非常明显的由基岩构成的残丘、台地和岬湾海岸与由松散沉积物组成的平原、三角洲和滩涂海岸将海岸带划分成两大类是很自然的结果 11。进一步划分为较粗颗粒底质、细颗粒底质、水动力条件与岩性复杂等3个松散类海岸带亚类和砾砂粗粒底质、砂砾石台地、水下岸坡或台地基岩等3个基岩类海岸带亚类。它们在大陆海岸线上的分布位置见图1。海岸带基本类型的划分是海岸带城市环境水文地质学研究的前提。本文主要是以此分类为基础，从地下水资源和环境角度，分析和归纳我国海岸带城市不同类型地下水分布特征。2 海岸带城市水资源分布2007年3月5日中国国土资源报以插图形式提供了各省份人均水资源资料。其中，我国人均占有淡水资源量为2278m3，仅有全球人均水资源量的1/4。将海岸带城市水资源与城市地下水资源作对比，分析海岸带主要城市水资源组成结构（图2）。图1 我国海岸带类型分布图Fig1 Types of distribution in Coastal Zone of China Mainland1唐山；2天津；3上海；4杭州；5广州；6温州；7丹东；8大连；9营口；10锦州；11葫芦岛；12秦皇岛；13烟台；14青岛；15福州；16厦门；17漳州；18泉州；19汕头；20珠海；21深圳；22湛江；23北海；24全国平均值图2 海岸带主要城市地下水资源组成结构图Fig.2 Structure of groundwater resources in coastal city of China 图2表明，无论是单位面积水资源总量，还是单位面积地下水资源量都与其所处的地理位置尤其是与当地降水量的大小有关。我国南方水资源量较北方丰富，海岸带城市也不例外。降水量大者其地下水资源也丰富，大气降水是地下水的主要补给来源。该图还表明，地下水资源在北方海岸带城市的水资源中所占有的比重和意义明显高于南方城市。湛江市由于特殊的地质背景砂砾石台地海岸，单位面积地下水资源最丰富，因此该城市的供水目前大量取自地下水。从本研究所划分的两种不同类型海岸带来说，松散类沉积物海岸带城市的单位面积水资源与地下水资源之比接近全国均值之比，也就是说这些城市的地下水资源的重要性比基岩类海岸带城市高。基岩类海岸带城市地下水资源不仅表现为水量相对较小，还由于裂隙含水介质的极不均匀性，因此一般说其集中供水意义不大。按照全国人均水资源量的1/2水资源量和水资源均值划分，可将我国有关海岸带城市水资源量缺水程度分为水资源短缺极严重、水资源短缺严重、水资源短缺和水资源一般等4种程度。从表1可知，以我国的低水平人均水资源量来衡量，有资料可统计的26个海岸带城市中只有丹东、漳州、北海3个城市的人均水资源量高于2278m3，属于水资源量一般；而88%的海岸带城市都是水资源短缺型城市，其中严重短缺的城市占58%，极严重短缺的城市占27%。表1 海岸带主要城市人均水资源现状Table1 Water resource distribution in coastal city of China 海岸带主要城市人均水资源量(m3)缺水程度合计(个)天津、上海、营口、葫芦岛、烟台、青岛、深圳2278一般33 以松散类沉积物为主的海岸带城市地下水分布松散类沉积物海岸带主要分布在杭州湾以北，包括苏北的废黄河三角洲、长江三角洲、环渤海等海岸带。除珠江口松散类海岸带稍长外，南部松散沉积物海岸带一般规模较小，且零星分布。本次研究在小比例尺图上仅圈出面积较大、比较明显的几段，但在有入海河口的海岸都有不同程度的松散沉积物发育。一般来说，河流规模较大的常常形成泥质海岸带，部分规模小、径流短；发育在基岩区的入海河流的河口则发育砂质海岸带。由于砂质海岸带规模较小，在小比例尺的大区地质图上难以单独表示，因此在区域类型划分时被隐含在基岩海岸带内。以淤泥质为主的松散沉积物主要分布于珠江三角洲、杭州湾、长江三角洲、苏北、环渤海和下辽河地区的海岸带。此类海岸带地形平坦、以潮滩为主体，向陆延伸为泻湖、三角洲、冲积海积平原等；平行沿岸的贝壳堤为平原与潮滩的分界标志；潮滩分带性明显，沙堤、河网、潮水沟、沙坝等微地貌发育；水下浅滩较平坦、延伸远；以第四纪沉积物为主，河流起控制性作用，但仍受海洋作用的影响，特别是受海侵海退作用影响较大，故它们的岩性变化与地层结构复杂。我国泥质松散沉积物海岸带沉积特征主要表现为第四纪地层发育齐全、厚度大、岩相岩性变化大、地层结构复杂。除珠江三角洲缺失中下更新统沉积物外，其它地区第四纪地层均发育完整，最大总厚度大于200m，特别是位于环渤海的冀东海岸带、包括上海的长江三角洲海岸带，其最大总厚度可分别达520m、400m。从岩性岩相上，中更新世（距今约78万年）以前我国沿海地区主要是以内陆沉积为主、岩石颗粒相对较粗；仅在冀东地区的黄骅坳陷沉积区有海相或冲海积沉积分布。上更新世后尤以全新世海相沉积逐渐增多，从地层岩性中可反映出海侵海退，即海平面的变化比较频繁；地层中的暗色层与淤泥层增多，此类海岸带反映出受海洋作用影响大，潮滩宽广，表层以粉砂质粘土、粘土质粉砂为主。珠江三角洲虽然缺失中下更新统沉积，但上更新世和全新世沉积物的厚度最大。全新统的最大可能厚度可以达到83.7m，而上更新统的最大可能厚度则可达到219m，且在广东湛江、广西北海、海南海口等都有上更新世火山喷发岩分布，海南在全新世仍有玄武岩的喷发。无论是从陆向海方向，还是在垂直剖面方向上，泥质海岸带地下水含水层岩性和岩相变化频繁，导致含水岩组的空间结构十分复杂。每一含水岩组中都含有粉砂质粘土、淤泥透镜体、非区域性分布薄层含水介质，只是根据资料的多少和为了论述问题的方便，研究者依据区域性隔水层的分布规律将它们归纳成为一个乃至数个含水层组而已。松散沉积物海岸带的水文地质条件复杂，地下水资源状况也较复杂。若以晚更新世与中更新世分界线，即距今78万年为标志，将第四系含水岩组分成浅（上）、深（下）两部分（层）。浅部包括潜水、微承压水和第1、2承压含水层；深部包括第3、4和5承压含水层。总体规律可简单表述为：浅部地下水水质不好，多为微咸水、半咸水、咸水，水化学类型以Na-Cl、Cl-HCO3 型地下水为主，富水性差；尤其是表层全新统中的地下水水质差、地下水资源量贫乏。除了局部砂质地层分布地段或受大气降雨或河水入渗补给淡化为低矿化水外，基本都是微咸水、半咸水和咸水。表层地下水的排泄方式以垂向蒸发为主。深部为承压水，其排泄方式初步认为有两种：一种是越流补给，一种是向海域排泄。地下水水质较好，多为淡水，大多富水性好或富水性中等，但各海岸带城市地下水含水介质的结构构造、地下水的赋存、分布规律以及水质与水量的变化规律十分复杂。如果从地域角度来总结归纳泥质松散沉积物类海岸带的地下水分布和富集规律，可以概括为：广东珠江三角洲基本无可供开采的地下淡水资源，地下水主要为微咸咸水，且Fe3+、NH4+普遍超标，除少部分地区富水程度为中等（如三水、南海、顺德等）外，其它地区都较贫乏。长江三角洲的上海地区和江苏海岸带深部（中更新世和下更新世沉积层）有相对丰富和质量较好的地下水可采资源，它们也是目前主要开采的目的层。但由于长期开采不仅形成大规模的降落漏斗，还可能诱发地面沉降等地质灾害问题。浅部地下水多为微咸水咸水，除上海地区的第2承压含水层富水性强，曾作为历史开采层外，其它地区富水性都较差。环渤海地区的天津和河北平原海岸带，浅部为高矿化的Na-Cl型地下水。表层地下水以垂向蒸发排泄为主，富水程度一般；下层透水性和富水性都差。深部也分布有淡水资源，但富水性相比长江三角洲差，且与浅部同样有上好下差的规律。此外，深部地下水中F含量有可能普遍较高。下辽河平原海岸带地下水以咸水为主，Fe3+含量高，H2S气体含量也较高；富水性一般，仅局部有淡水透镜体分布。鲁北平原海岸带含水层受黄河河道的控制，平面上和垂向上的变化规律都比较复杂，淡水和咸水交错分布。部分地区I和F含量高，还有较丰富的卤水资源。杭州湾海岸带表层地下水为微咸水咸水，富水性差。浅部邻近古河道附近地下水水质好、富水性强；远离古河道地下水逐渐变成微咸水、咸水，富水程度亦随着变差。深部地下水为淡水，富水程度一般。4 以基岩类为主的海岸带城市地下水分布我国基岩类海岸带长度大约有5000km，呈断续分布，在小比例尺的区域地质图上，主要分布在杭州湾以南海岸带。海岸线弯曲、岬湾凸凹连绵，海岸悬崖、礁石突兀；海域宽度窄，沿岸流和潮汐作用为近海沉积的主要动力。根据海域部分的特征和海岸岩石结构构造与成分的差异，定量研究将它分为砾砂粗粒底质、砂砾石台地、水下岸坡或台地等3个亚类。基岩类海岸带广泛发育着各类海蚀陡崖、海蚀礁、海蚀柱、海蚀洞穴、海蚀阶地、岩滩、窄小沙滩等微地貌形态，丘陵山地海岸常常被短源入海河流所切截，以致形成岬角与沙砾石小港湾相间的曲折基岩海岸带与小型泥质海岸带或沙质海岸带交错。基岩类海岸带中分布的溺谷型泥质海岸带规模小，但仍然与前述的松散沉积类海岸带一样，海岸或为三角洲或为冲海积平原，宽广平坦，潮滩发育、宽可至数公里到数十公里；海域的水下浅滩亦较发育；海岸表层沉积物为细颗粒的冲海积粉砂质粘土、粘土质粉砂；沉积物的地层结构复杂；由细砂、粉砂形成的沙堤、沙坝等平行于岸线分布，宽度由数百米到数公里不等；海滩的发育宽度亦比泥质海岸带的潮滩窄，且多为沙滩；独特的海蚀地貌形态和狭窄的岩滩或沙砾滩，反映出基岩类海岸带是一种高能的海洋水动力条件的产物。由于基岩类海岸带岩性复杂、地层结构和构造复杂，决定了其含水介质类型的多样性；但因为这些含水介质空间的特征和富水性能又决定了它们的水文地质条件的简单性。当然，溺谷型泥质海岸带的水文地质条件还是同样复杂，只是它们分布的面积有限。总体上，基岩类海岸带的含水介质类型有孔隙、构造裂隙、风化裂隙、溶洞-裂隙、孔隙-裂隙等多种。砂质海岸带和基岩海岸带地下水特征的共同处在于：接受当地的降水补给为主，淡水，多为潜水，水质较好。地下水资源和当地的降水量、岩石的降水入渗系数的大小有直接的关系。砂砾石台地和碳酸盐岩分布区溶洞裂隙发育的海岸带则由于渗透性能好，常常有集中供水的意义。地下水大多向海排泄。砂质海岸带的补给还要考虑邻近地表水体的侧向渗漏补给和凝结水的补给。基岩海岸带则除有风化裂隙的潜水分布外，各类基岩储水构造可形成局部富水带，有时可形成岸边泉或海底泉出露，如大连的海中龙眼，退潮时地下水从岩滩上喷涌而出，颇为壮观。但自人工开采此岩溶地下水资源后，该海底泉已不复存在。基岩类海岸带的水文地质特征是含水介质和地下水类型多样、齐全，但条件相对简单。地下水水质多为淡水，但水资源量与当地的降水量和岩石的入渗系数的大小有直接的关系。除少数溺谷型泥质海岸带的河谷内、碳酸盐岩分布区及湛江的砂砾石台地类海岸带外，一般无较大的集中供水意义。表2为两大海岸带类型地下水类型分布状况。表2 海岸带城市地下水类型分布Table2 Different groundwater distributions in coastal city of China 以松散类沉积物为主的城市海岸带以基岩为主的城市海岸带地形地貌平原或三角洲、宽广平坦、潮滩发育岬湾、基岩与沙质海岸相间，沙滩窄多沙堤、海蚀地貌发育、岩滩窄，堆积物少、高能、海岸侵蚀强含水介质单一孔隙介质裂隙、溶隙、孔隙、溶洞含水层结构结构复杂，平面与空间相变快相对简单地下水类型类型简单，埋藏条件复杂，潜水、承压水类型齐全、条件较简单，多为潜水水资源状况局部有较丰富水资源，卤水资源不清水资源贫乏、无集中供水意义水质状况上部以微咸水、咸水多见，下部有淡水(局部除外)多为淡水5 结论(1)我国海岸带的类型和地下水分布主要是受大陆地质作用的控制，尤以大地构造作用和河流地质作用起主导。松散沉积物类海岸带无一不和河流地质作用有关，它们或成河口三角洲或成河口平原。其平面分布面积的大小与河流发育的历史、水量的大小、水动力的强弱和所含泥沙量的多少有最直接和明显的正相关关系。大地构造作用对我国河流发育历史的控制则是最根本的因素，它反映在我国主要的泥质海岸带的形成都与大地构造单元的边界区域大断裂有关。我国三大泥质海岸带主要分布在杭州湾以北，且常位于大断裂的西侧发育。(2)松散沉积物类海岸带地下水为孔隙水，含水介质单一，空间变化大，地下水的赋存和分布规律亦相应复杂。以距今78万年晚更新统为界线，可将第四纪松散沉积物含水层组划分为上（浅）下（深）两层（部）。上部全新统（Q4）和上更新统（Q3）含水岩组以微咸水、咸水多见；深部除珠江三角洲缺失中下更新统（Q2、Q1）外基本上都分布有淡水，局部还有较丰富的地下水资源，其中，部分淡水资源有一定的供水意义。(3)基岩类海岸带地下水含水介质和地下水类型多样、齐全，地下水多为淡水，但水资源量与当地的降水量和岩石的入渗系数的大小有直接关系。除砂砾石台地的基岩类海岸带、少数溺谷型泥质海岸带的河谷内和碳酸盐岩分布区外，一般无较大的集中供水意义。(4)我国海岸带城市有九成（88%）都是水资源短缺城市。水资源短缺的原因，除了自然因素外，各海岸带城市的经济加速发展和人口剧增是最重要的因素。它们既带来了资源的消耗，还带来了地表水和地下水的污染。另外，经济的发展导致地表和地下水体的污