海水入侵的普查与监测毕业论文.doc

xx本科毕业（设计）论文海水入侵的普查与监测毕业论文目 录第一章 绪论 11.1海水入侵的概念11.2海水入侵的原理21.3海水入侵国内外研究状况51.4崂山区海水入侵的现状7第二章 研究区概况 102.1地理位置及交通状况102.2社会经济状况112.3自然条件分析122.4区域地貌152.5水文地质条件16第三章 海水入侵的普查与监测 203.1水化学方法203.2高密度电法313.3小结36第四章 海水入侵的成因 374.1自然因素374.2人为因素39第五章 海水入侵的危害 435.1对工业的影响435.2对农业的影响435.3对生活的影响465.4自然生态系统的逆向演替47第六章 海水入侵的防治对策 496.1调整产业结构49 6.2拦蓄地下水496.3节约用水506.4建设和加固防堤工程506.5合理利用海岸滩涂506.6开展海水入侵监测和海水入侵科技攻关51第七章 结论 52参考文献53致谢词56附录外文文献及翻译57 1xx本科毕业（设计）论文第一章 绪 论目前，全世界已经有几十个国家和地区的几百个地方发现了海水入侵问题，海水入侵给各国沿海地区带来了严重危害，造成巨大经济损失，严重阻碍了经济社会的持续发展。全球范围海水入侵的普遍性己经引起国际社会的共同关注，有关国家积极开展海水入侵问题的研究和治理。1.1海水入侵的概念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(salinity intrusion)，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(GB/T14157-93) 1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2。除称海水入侵外，还可称之为海水内侵、海水地下入侵、海水侵染等，但相对而一言，目前接受“海水入侵”的学者较多。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s大于淡水的密度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)，在咸淡水平衡的条件下，过渡带基本稳定，当外界咸淡水平衡遭到破坏，过渡带发生相应移动Ghyben-Herzberg公式3简单清楚地解释了这一现象的发生。 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，Ghyben- Herzberg公式表示为式中: s , f分别为淡水密度和海水密度;hf, 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1-2所示。图1-1 海水与地下淡水平衡示意图图1-2 天然状态下海水与淡水的水静力学模型示意图通常状况下s=1.025g/cm3，将其与f=1.000g/cm3，代入式(1.1)得:z = 40 hf (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40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40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时，z也变为0，即咸淡水界面上升到海平面，整个地下水淡水层全部被咸化。 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有降幅，就发生了海水入侵;而有些地区，地下淡水水位己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，集中开采带中心处己为咸水所占，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。1.3海水入侵的国内外研究状况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括；从理论模型、室内实验模型到数值模型漫长的发展过程。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Custodio最为著名，他所编写滨海地区地下水问题4 (1987)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。美国咸水入侵调查5(1977) 和美国咸水入侵现状与潜在问题6(1986)总结了美国自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。 Bear(1972, 1979)的多孔介质流体动力学7和地下水水力学8两本著作，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。欧洲学者自1968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:1965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。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。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、Alamitos和Dominguez隔离工程，经过多年运行证明，在这三个地区，海水己被有效阻隔。1.3.2国内研究概况我国海水入侵研究的起步较晚，仅开始于1975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，己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、马凤山7(1996)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。李新运等8(1994) 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，海水入侵程度口趋严重，与真实情况相符。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，己初显成效。毛浩、刘孟玉等(2004) 7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。姚普、姜振泉等(2006)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。王丹、李昌存(2006) 8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。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。1.4 崂山区海水入侵的现状 海水入侵是长时间大范围持续性干旱少雨及人类不合理超采地下水作用下，海水侵染陆地地下淡水区所发生的环境恶化现象。地下淡水层是否受到海水的影响，要在调查水文地质条件的基础上，根据C1一的含量及其变化特征来确定。在自然条件下，地下水C1一的绝对含量一般比较低，大约在80-100mg/L。如果地下水C1一含量大于300mg/L，即被认为是海水入侵9。 青岛地区自70年代中期开始发现海水入侵，随后20余年时间，逐渐发展成为当地较大的灾害。据1991年4月实测资料分析统计，海水入侵面积达38. 3km2其中崂山区为15km2，占青岛地区的39. 16%。见表1-3。表1-3 青岛市崂山区海水入侵面积及分布黄海沿岸海水入侵区地下水C1一含量变化见表1-4。表中，大沽河下游、白沙河墨水河下游均在峙山区境内，该两处海水入侵后C1一浓度均超过300mg/L，且增加值较大，呈现了严重的海水入侵特征。表1-4 黄海沿岸海水入侵区地下水C1一含量变化在石人河浦里村地段，由于王哥庄化工厂石人河分厂井群超量开采地下水，形成开采漏斗，造成海水入侵，其水中矿化度高达4381mg/L，迫使该村生活、灌溉水源地向上游移动1050m，1995年停采。在秦家土寨西北角，也是由于王哥庄化工厂以子母井群形式强烈开采地下水，中心大井己干，水位埋深1Om，形成开采漏斗。初步测算，该漏斗中心水位1994年为-4m；1997年5月己降至-6m，漏斗边缘水位 2.5m，面积1.44km2。根据秦家土寨长期观测井水位动态分析，该漏斗可能转化为长年漏斗。该井1994年化工厂始采年)水位急剧下降，1995年3月水位3.75m，比正常年水位低5m;枯水期水位2.1m，同样比正常年水位低5m;年终水位3.3m，比正常水位低5.2m，比3月份水位还低。目前，水行政主管部门己责令停采。大河东河37031部队以子母井长期超量开采地下水，日采水量达1700m3，范围约7854m2，按抽水影响井经300m，其抽水影响范围达2km2。该水源地靠近海滨，由于长期开采，抵御不了1985年、1989年和1990年3次风暴潮，造成海水灌入当时水高出地面(0.6-0.8m)，水源地报废，从1992年起停采9。第二章 研究区概况2.1地理位置及交通状况青岛位于山东半岛南端(北纬3535-3709，东经11930-12100)、黄海之滨，是全国70个大中城市之一，全国五个计划单列市之一。青岛市地处山东半岛东南部,东、南濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与日照市接壤。崂山区位于青市区东部，与老市区相邻，东南濒临黄海，总面积389.34平方公里，人口19.14万，青岛市崂山区人民政府、青岛高新技术产业开发区管理委员会、青岛石老人国家旅游度假区和崂山风景区管理委员会，实行“四块牌子，一套工作机构的管理体制”。辖设中韩、沙子口、王哥庄、北宅4个街道办事处。崂山区以其境内的山命名，其山脉纵横，群峰峭立，古木参天，海山相映，有九宫八观七十二庵等名胜古迹，被誉为“海上名山第一”，崂山历史悠久，早在新石器时代就有人类在此居住。崂山冬暖夏凉、四季如春，引得古今名人逸士、名道高僧纷至沓来，故被称为“道教全真天下第二丛林”。一九八二年被国务院确定为首批国家重点风景名胜区。崂山区海岸线绵延曲折，长达103.7平方公里，盛产对虾、扇贝、鲍鱼、海参、石花菜等海产品并形成了以裙带菜、中华鲟淡水蟹、甲鱼等名特优品种为主的高效渔业。现拥有大型国家级群体性渔港1处，小型渔港12处。崂山物产资源丰富，其中崂山矿泉水，崂山花岗岩和崂山茶尤为著名。（图2-1）图2-1 崂山区地图2.2 社会经济状况崂山区肩负建设青岛未来最重要新城区、迈向国际化发展目标中的主要空间地带、青岛市改革开放的实验区历史重任的崂山区，按照青岛市“规划建设高起点、产业发展高层次，社会发展高质量”的总体原则，园区已形成了中心城区、二条产业带和三个可持续发展经济区，塑造了现代化城区风貌。截止目前，园区固定资产累计投入123.58亿元，高科园产业区、中心区、度假区基础设施建设日趋完善，一批重大公益项目已先后投入使用。按照“小政府、大服务”管理模式，崂山区、高科园、石老人旅游度假区、崂山风景区实行了“四合一”管理体制，建立了精干、高效的管理机构。以高科技、大项目为主攻方向，累计引进外资638个，其中，引进投资过千万美元的大项目62个，产业区初步形成了高新技术、大项目为主体的家用电器、通讯及电子信息、生化医药、食品饮料、汽车零部件五大主导产业群体。与此同时，大专院校8所，各类科研技术开发机构23家纷纷在此落户。认定高新技术企业72家，这些企业涉及机械、建材、纺织、服装、海洋药物等十多个主要行业，主要产品200多种，投资行业向多元化发展。1998年，园区国内生产总值完成86亿元，税收总收入10.5亿元，财政收入4.09亿元，名列山东省各市榜首，主要经济指标跃居全国53个国家级高新技术开发区领先地位。经济增量和经济总量占青岛市的五分之一和十分之一，对青岛市的经济拉动作用进一步扩大。崂山区是青岛构筑大旅游格局的独具增长活力的现代旅游中心，近年来，崂山区准确把握国内外旅游市场发展趋势，加快了石老人旅游度假区与崂山风景区一体化和优势互补发展步伐。地处黄金旅游线、面积达12.8平方公里的石老人旅游度假区，依托高科技工业园日臻完善的基础设施，一批高档次的旅游设施相继投入使用，度假区内青岛海洋游乐城、青岛市海豚馆、高尔夫球队场、国际啤酒城等30多个娱乐休闲项目与在建的迪尼斯乐园、海洋公园、石老人公园、五星级的海景大酒店以及环宇国际城等造型别致的别墅群。风景区加强风景资源保护的同时，加大对风灾山新的旅游资源深层次的开发，而随着崂山风景区基础和服务设施建设日趋完善，崂山海陆空立体旅游红已基本开通。区内已形成了以“山海风光、啤酒文化、渔村民俗、美食购物、海洋娱乐”为特色，“吃、住、行、游、购、娱”的景点相对集中，功能相对完善的旅游环境。客流量每年以20%的速度递增。2.3 自然条件分析崂山区内地势以丘陵为主，地面平均高程为海拔55m，地表水常年控制在3m左右。崂山是山东半岛的主要山脉，最高峰崂顶海拔1133米。它耸立在黄海之滨，高大雄伟。山海相连，山光海色，正是崂山风景的特色。在全国的名山中，唯有崂山是在海边拔地崛起的。崂山区位于中纬度暖温带季风气候区，光资源充足，热资源较丰富，降水量较多，湿润温和，四季分明。历年日照平均为2503.3小时。年平均气温12.1，月平均相对湿度为72%。崂山物产资源丰富。崂山矿泉水闻名中外，水质优良，含有多种有益于人体的矿物质，是酿造酒类和饮料的最佳水资源。产于仰口湾畔的崂山绿石，为石中珍品。崂山拳头菜、云峰菜、奶豆腐是游客垂睐的土特产品。因独特的“小江南”气候而生长的崂山茶成为不多得的饮品。寒露蜜桃、樱桃等品种优良，远近闻名。广阔的海岸线为海洋捕捞提供了得天独厚的有利条件。盛产黄花鱼、海参、鲍鱼、扇贝、海带、石花菜等海珍美味。2.3.1气象崂山区属暖温带季风气候区。该区有空气湿润、雨量充沛、温度适中、四季分明的气候特征。由于濒临黄海，受海洋调节作用明显，表现为冬无严寒、夏无酷暑、春冷、秋暖、冬湿，昼夜温差小、无霜期长和湿度大等海洋性气候特点。年平均气温12.1，年内主导风向为东南风。全区年平均蒸发量为1461.1mm,最大蒸发量1711.8mm(1968年)，最小蒸发量1234.4mm (1964年)。唠山境内的降水量随季节而变化。据唠山区气象局1951-2006年资料统计，全区多年平均降水量849.9mm，最大年降水量1426.1 mm(1975年)，最小年降水量273.3mm ( 1981年)。全年降水大多集中在6-8月份，占全年降水量的58%,12月至翌年2月降水最小，占全年降水量的5.4%。多年平均降水天数为84.3天，占全年的23%。历年最大口降水量267.9mm(1956.9.5);连续降水时间最长为9天(1956.9.19-27，最大时降水量为64.1 mm，由于受地形条件控制，全区降水呈明显地域差异，在总体平面展布上，南部降水小于北部，地形较高的区域大于较低的区域，崂山顶2103.8mm，北九水1073mm,鸟衣巷843mm,色峪843mm,沙子口726.6mm。2.3.2水文崂山区共有大小河流23条，以崂山山脉为分水岭呈散射状展布，属沿海近缘水系。由向西注入胶州湾的白沙河、五龙河、李村河、张村河等8条，向东注入黄海的土寨河、王哥庄河等8条，向南流入黄海的南九水河、凉水河、洼凉河等6条，向北流入即墨市的1条构成本区主要河流。所有河流流量受降水控制季节性变化明显。 山洪指山区溪流中发生的暴涨暴落的洪水。它具有突发性、水量集中、流速大、冲刷破坏力强、水流夹带泥沙的特点，常造成局部性洪灾。根据贾永刚、谭长伟等著青岛市城市工程地质10 (1995年，青岛海洋大学出版社出版)的研究成果，崂山区有七条河流易暴发山洪，其中南九水河、凉水河、流清河、泉心河、白沙河大嵘以上段己暴发过山洪，暴发山洪时临界口降水量为100mm，且山洪重现间隔为2-3年11。由此得出嵘山山洪发生率很高的结论。图2-2 崂山区枯水期地下水水位2.4地形地貌2.4.1地形特征 崂山区处于胶南隆起北端，属中低山丘陵区，区内层峦迭障、山势陡峻、沟壑纵横、地形复杂。以唠山主峰为中心，呈中间高周围低的地形特征，最高点唠山主峰海拔1133m，山脉两侧发育多条季节性河流，东部、南部黄海环绕，海岸线总长87.3km(包括岛屿)，其中岩质海岸线40km，砂质海岸线47km 。2.4.2地貌类型 崂山区地貌按成因类型可分为构造剥蚀地貌、剥蚀一堆积地貌和堆积地貌三种类型，三者海拔高程依次降低;按地貌形态类型分为中低山丘陵、滨海平原及山间谷地。(1)构造剥蚀地貌 分布于区内崂山山脉一带，主要沟谷受NE向断裂构造的控制，山脉走向以NE为主，沟谷切割深度一般大于5OOm,岩性以唠山期花岗岩类为主。自燕山运动以来，地壳上升显著，侵蚀作用强烈，山峰陡峭多呈“脊”状，坡面一般大于300m，谷底基岩裸露或大块漂石砾石堆积，多山泉溪流。(2)剥蚀一堆积地貌 分布于崂山外围丘陵区，沟谷切割深度在100m以下，山体岩性为唠山期岩浆岩及元古界变质岩。沟谷切割深度一般小于100m。由于地壳缓慢上升，岩体表面风化剥蚀明显，形成连绵起伏的低矮山丘，山顶浑圆、山坡相对平缓、坡度小于200m，沟谷断面多呈“U型谷，沟谷底部冲洪积物发育。(3)堆积地貌 分布在山麓、滨海、山间谷地及盆地。滨海堆积区主要分布在沿海地区的沙子口、王哥庄等海湾地段，多为河流入海扇地，地形向海倾斜，地面标高一般小于5m，以砂土、粘性土、淤泥质土为主;在滨海倾斜平原的后缘山麓坡地常见侵蚀陡崖、浪完、海蚀洞及海蚀蜂窝状崖石;山间谷地及盆地是冲洪积形成的，主要分布于白沙河、王哥庄等河流谷地及河床两侧，呈条带状分布，上游狭窄、下游宽阔，在河流或诸支流交汇处，常形成平坦的掌状地，如北宅办事处华楼景区管理处驻地，河床两侧阶地高一般在2-4m之间，河流冲洪积物厚度一般小于10m，个别地段可达20m。2.5水文地质条件 由于崂山区特殊的地理位置和地形特点，没有任何客水汇入，因此地表水与地下水均自成流域、自成单元，而且各流域及单元的水力联系并不密切，均表现为相对独立，地下水、地表水的相互转化也仅仅在流域内。区内地下水类型分为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水，多属于潜水，局部属浅层微承压水。2.5.1主要含水岩组(1)基岩裂隙水含水岩组 基岩裂隙水含水岩组在本区为风化裂隙水和构造裂隙水两种类型，分布面积较广，其富水性受地形及地貌条件控制，总的富水性较弱，岩石风化深度为2-20m，地下水埋深一般不超过3m，水质较好，为重碳酸氯化物钙镁型水，矿化度小于0.5g/L，单井涌水量在10-120m3/d之间。(2)第四系孔隙水含水岩组 第四系松散岩类孔隙水含水岩组为冲洪积砂砾石层、砂层，主要分布在山间河谷地带，河床两岸、河漫滩及谷口扇地，含水层厚度在3-5m，水位埋深较浅，一般在1-3m，水化学类型多为重碳酸钙钠、重碳酸氯化钙钠型，矿化度一般为0.3-0.9g/L，单井涌水量在100-500m3/d之间。2.5.2地下水补给、径流、排泄条件 区内地下水的补给来源为大气降水。补给条件、补给量明显受地形、岩性、风化带厚度、节理裂隙发育程度、植被覆盖率等条件控制，地表在接受大气降水之后，部分转化为地表径流汇入地表水体，少量被蒸发，部分沿风化裂隙、节理裂隙渗入地下，并在重力作用下，在各自的单元内低洼处汇集，在沟谷底部汇集或转化为地表水，或沿冲洪积层向下径流，在河床两岸或漫滩形成富水地段，或在山前扇地形成富水地段。在天然条件下，地下水以转化为地表水及向下游或海域径流排泄，在目前状况下，排泄方式以人工开采、转化为地表水为主。2.5.3地下水动态由于受地形条件控制，地下水、地表水分水岭基本一致，不同的流域内地下水自成单元，相对独立。基岩裂隙水与第四系孔隙水一脉相承，动态变化基本一致。浅层地下水的动态特征受气象、水文因素影响，该区地下水动态变化曲线为水文气象型，地下水动态基本处于自然状态，年内受降水制约，季节性变化明显，动态曲线呈波状起伏，总体变化规律为7-9月份为丰水期，地下水位回升呈波峰，之后随降水减少及迁流和蒸发排泄，水位缓慢下降。期间若有秋种用水，则出现一短期小低谷。10月至翌年3月用水、蒸发量均减少，地下水位持平后缓慢回升。4-7月份，干旱少雨，蒸发量增大，地下水位下降呈最低谷。年际间变化是遇丰水年水位回升，枯水年水位下降12。（图2-3，图2-4，图2-5）图2-3 2012年1号井地下水位动态曲线图2-4 2012年2号井地下水位动态曲线图2-5 2012年3号井地下水位动态曲线第三章 海水入侵普查与监测3.1水化学方法为研究该地区的海水入侵现状和掌握最新资料，2012年6月至2013年5月，我们在崂山地区布设常观井6口(图3-1)进行监测，监测频率为水位测量1次/周，水样采集1次/两周，对采集的水样进行各项指标的测试(包括Ph值，矿化度，电导率，离子浓度等)。所选取的监测井全部为农用机井(图3-1，这些机井跟地下水力联系密切，且一般作为农业灌溉使用，能很好的反应该地区地下水的动态变化。为更好的反映海水入侵的季节变化及其连续性，以下将选取2008年的数据资料作为分析依据。而且为了保持原始数据的真实性，本文的剖面和井的编号都采用了原始记录编号。图3-1研究区范围及井位分布图3.1.1氯离子浓度监测氯是海水中最重要的稳定标志元素，氯离子不为植物及细菌所摄取，不被土粒表面吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子，故反应海水入侵最直接最敏感;其次，它对淡水的污染及农业生态的有害效应十分明显;再者，测定简便。故氯离子含量己经被国内外研究者选为判断海水入侵的首选标准。陆地地下水与海水的氯离子含量差异明显，滨海地区受海水侵染后，地下水中的氯离子浓度会明显增高，直接影响水质。同时又能根据它的含量比值，对应计算其他化学元素的含量，尤其是可以不同的氯离子浓度含量确定相应水质的某些可测物理性质，如电导率、电阻率等。 根据地下水氯离子浓度含量，将海水入侵划分为4级:非海水入侵区(工级):地下水氯离子浓度含量小于250mg/L；轻微海水入侵区(C II级):地下水氯离子浓度含量在250-500mg/L；中等海水入侵区(III级):地下水氯离子浓度含量在500-l000mg/L；严重海水入侵区(IU级):地下水氯离子浓度含量大于1000mg/L。氯离子浓度的高低决定着海水入侵的严重程度，根据监测数据显示(如图3-33号监测井(注:P9-3监测井简称为3号监测井，其余井依次对应)的氯离子浓度要明显高于其他监测井，其最高达8190mg/L。从整体来看，3号监测井的氯离子浓度的变化趋势大致与其他监测井一致，但6月8号和9月份的两次数据明显与其它井的变化趋势不一致。由于3号监测井用于养殖，过量的抽取导致地下卤水不断向该地区入侵，因而氯离子浓度特别高。而其它井只在干旱季节用于灌溉，氯离子浓度基本都低于2000mg/L;同时井水的抽取量与降雨量有密切联系，8, 9月份的氯离子浓度较低，变化较大，其余月份的变化幅度较小13。图3-3各监测井氯离子浓度变化曲线从氯离子浓度变化来看，所有井的年平均值均超过了250mg/L，表明该地区海水入侵的范围己经很大，海水入侵严重。3号井变化最大，极差为7800mg几;7号井变化最小，极差为542mg/L。从一年的监测数据来看，在这6个监测井中，2号井的地下水氯离子浓度有5次低于250mg/L, 5号井有4次，7号井有2次，8号井有3次，3号和4号井没有。由此说明，海水入侵区水中氯离子浓度一直处于波动状态，且海水入侵越严重，波动越大，反之越小。此外，在6个监测井中，2号井有10个数据超过1000mg/L, 3号井有21个，4号井有17个，8号井有14个，说明这四个井周围的地下水海水入侵程度十分严重，而5号和7号井没有数据超过1000mg/L，说明这两个井周围地下水的海水入侵程度相对较轻，属于中度海水入侵。从监测数据来看，S264以北的3, 4号井的氯离子浓度整体要大于同时期S264以南的5, 7, 8号井的氯离子浓度，说明5264以北地区的海水入侵程度要比S264以南地区严重。而2号井的氯子浓度却出现了小于8号井的氯离子浓度的情况，这比较不符合当地海水入侵的整体状况，经分析发现，2号井距离淄阳河不足200m,当地农民在灌溉农田时大多使用淄阳河水而少使用井水，只有在旱季和打农药时才会使用井水，所以2号井的井水利用率要比其他井低，因而该井水的氯离子浓度含量相对较低。另外，淄阳河的水对其周围的地下水补给渗透，淡化了地下咸水，也同样降低了井水中氯离子浓度含量。相反，8号井所在区域是农田主灌溉区，井水使用量高，另外由于周围基本没有河流补给地下水，所以8号井的氯离子浓度相对较高。 S264以北的3, 4号井的氯离子浓度最小值都超过了250mg/L，而S264以南的5, 7, 8井的氯离子浓度最小值都低于250mg/L，这从另一面反应了新河镇北部地区的海水入侵要比南部地区严重。各井的年平均氯值都超过了250mg/L，也同时说明了该地区海水入侵的严重性。从治理的角度来看，3, 4号井附近的地下水己经被完全侵染，即使在多雨季节，氯离子浓度也很难恢复到小于250mg/L，说明单靠降雨补给和淡化地下水是不行的，要采取更加有效的方法来淡化地下水。5, 7, 8号井附近的地下水氯离子含量在多雨季节是可以恢复到小于250mg/L的状态，一方面说明了其周围的地下水被海水侵染的程度没有3, 4号井严重，另一方面说明在这些地区利用拦蓄补源的方式来治理海水入侵，即在多雨季节在田间地头挖沟渠来拦蓄雨水，让其慢慢渗入地下，淡化地下咸水。从图3-3可以看出，一年中各监测井的氯离子浓度变化大致分为3个阶段。第一个阶段:从1月份到4月份，氯离子浓度变化处于稳定期，地下水氯离子浓度变化不大;第二阶段:从5月份到8月份，氯离子浓度处于剧变期，氯离子浓度骤增骤减，变化幅度很大;第三阶段:从9月到12月，氯离子浓度处于逐步上升期，在这一阶段氯离子浓度在慢速上升14。 另外，从各监测井年平均氯离子浓度值来看，位于S264以北的2, 3, 4号井要大于以南的5, 6, 7号井，而从东西向来看，位于最西侧的3号井也比其他井的值大，位于最东侧的7号井最小。由此可以推断，崂山区海水入侵的趋势是由西北往东南推进。3.1.2矿化度监测 矿化度是水中所含各种离子、分子及化合物的总量(总溶解固体)，是地下水化学成分的重要标志，是较为常用的水化学指标。矿化度指标的运用避免了使用单一氯离子指标评价带来的混乱，也是对氯离子指标有效的补充。我国生活饮用水标准(GB5749-85)规定矿化度要不高于1000mg/L，我国农田灌溉水质标准(GB5084-2005)规定矿化度不高于1000mg/L(非盐碱地)和矿化度不高于2000mg/L(盐碱地地区)，通常以矿化度1000mg/L作为海水入侵的评判标准。因此，地下水矿化度的大小及动态变化，不但能反映海水入侵的程度和变化规律，而且也是对农业灌溉、工业生产和生活供水影响的依据之一。 从各井水矿化度数据分类统计来看(表3-1)，3、4号井的地下水矿化度没有小于1000mg几的数据，出现了跟氯离子浓度一样的情况，再次证明了这两个井周围的地下水被海水侵染的严重性，并且这两个井都有20个数据大于2000 mg/L，按照我国农田灌溉水质标准，这两个井己经不能再用来灌溉农田。经实地调查发现，3号井确实己不用来灌溉，只用来养殖虾，而4号井位于农田灌溉区，周围缺少淡水资源，虽然井水具有高矿化度，却一直在使用。而长期使用高矿化度的水进行灌溉，盐分不断在土壤表层聚积，同时，地下水沿毛细管上升进入耕层土壤，使耕地土壤盐分含量增加，土壤逐渐产生次生盐渍化。表3-1各井水矿化度数据分类统计(M为矿化度) 根据数据统计分析，5、7号井仍然可以用来灌溉，而2、8号井建议尽量不要继续用来灌溉，4号井己经严重超标，建议不再使用。对比各井氯离子浓度和矿化度发现，2, 3, 5, 8号井氯离子浓度和矿化度具有密切的正相关关系，R2 ( R为相关性系数)分别高达0.9959, 0.9893, 0.987, 0.9553，说明氯离子浓度和矿化度变化几乎一致;不过，4号井两者的R2为0.5724，属于中等相关，7号井两者的R2只有0.1797，主要是因为淡水中氯离子浓度和矿化度的水平除受海水入侵影响外，还受生活污水、工业废水、矿区排水等一些非海水因素影响。 图3-4氯离子浓度与矿化度相关性分析图3.1.3电导率监测电导反映了水中含盐量的多少，水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导越小，即电导是电阻的倒数，两者呈负相关关系。同时，利用电阻率法监测咸淡水界面的运移是研究海水入侵的一种重要技术方法14。因此，依据电导率与电阻率之间的关系，有效测定水中的电导率便可确定海、咸水入侵的变化规律为验证电导率与海水混合度之间存在的关系，刘冀闽等进行了一次混合作用模拟试验。试验证明，咸淡水混合后，水中电导率与海水混入度之间呈现极好的直线相关性。这种相关性受混合作用影响，随着海水混入量的增加，电导率呈相应的增加趋势。另外，通过实验结果看出，水中氯离子含量与电导率之间也呈极好的直线相关性，而我们在崂山地区的监测结果也同样验证了这一点。图3-5氯离子浓度与电导率相关性分析图研究区地下水的电导率与氯离子浓度呈现极好的相关性，说明了利用电导率作大海水入侵的监测指标的可行性，同时，根据电导率与电阻率的关系，电导率的监测经果也为高密度电法监测海水入侵提供了依据和参照。3.1.4 pH值的监测pH值的监测虽然不能直接反映海水入侵的现状，但却可以为海水入侵的防治和农田灌溉提供依据和参考，pH值的大小，直接表明了地下水的酸碱性，在本地区的水样的测试数据显示，大部分水样的pH值都在7.5-8.5之间，pH值相对过高，一般农作物适宜在pH值为6.5-7.5之间，用pH值大于7.8的水灌溉会相应增大土壤的pH值，易引起土壤碱化，影响土壤养分的转化及有效利用，导致农作物生长缓慢或烂根死亡。地下水的pH值对于氟在水中的赋存状态有决定作用。据曾溅辉计算，在中性和偏碱性水中(pH: 7-8)，氟的存在形式有10余种，随着pH值的上升，氟离子所占百分数上升。因而本地区的地下水的氟含量较高，由于以前人们长期饮用高氟地下水，会导致许多氟病。3.1.5水位监测此处所说的水位是指井水界面到井口的距离，而非地下水的水位。水位的变化能够直观的反映地下水的动态变化，所测水位的数值变大时，说明用水量增加、地下水的补给减少;数值变小时，说明用水量减少、地下水的补给增多。图3-6 P9-3氯离子浓度与水位对比图图3-7 P9-2氯离子浓度和水位对比图对比3号井的氯离子浓度和水位曲线图(图3-6，可以看出，水位的变化与氯离子浓度变化趋势大体一致。水位在相对稳定的幅度内变化，而氯离子浓度则经历多次较大波动，特别是雨季，氯离子浓度变化剧烈。6月之前氯离子浓度在2000-3000mg/L之间变化，9月之后上升到4000-5000mg几之间变化，说明降雨对于地下水的补给并不能完全改变长期的人工抽取地下水导致的地下水咸化，降雨淡化地下水是短暂的，长期的抽取地下水导致的地下水咸化却是长久的，这同时也增加了防治的难度。对比2号井(图3-7，更容易看出，水位与氯离子浓度变化基本一致。水位与氯离子浓度同时达到极值，且在从极大值下降到极小值时，都经历了中间值的过渡，而在极大值出现前和极小值出现后，水位和氯离子浓度变化都是处于缓慢增长的状态。计算得出，2, 3, 4, 8号井的氯离子浓度与水位的相关系数分别为0.79, 0.63,0.55, 0.55，具有一定的相关性，说明水位与氯离子浓度的变化关系并非十分密切，而且由于水位并没有实际参与水化学反应，导致水位变化的主要因素是开采地下水。3.1.6降雨量的监测 崂山地区的地下水主要靠河水和雨水补给，这种补给主要分布于胶莱河和泽河流域附近，大致在S264公路以南的地区，而公路以北，特别是北部一带，地下水只能靠降雨补给。干旱季节，当地农民靠抽取河水和井水来灌溉，导致地下水的补给减少，地下淡水减少，海水入侵加重;反之，多雨季节，海水入侵减轻。对比降雨量和氯离子浓度发现，3号井的氯离子浓度变化与该地区降雨量的变化趋势大致相反(图3-8:降雨量增大时，氯离子浓度减小;降雨量减小时，氯离子浓度增大。由于3号井为养殖用井，用水量较大，在降雨量小的季节氯离子浓度的变化并不随降雨量有较大改变，但是在降雨量大的季节受降雨量的影响很大。2008年的降雨量较大的时期出现在7月和8月，这个季节正是雨季，而3号井的氯离子浓度较小时期出现7月底到9月中旬，说明降雨量对于离子浓度变化具有延时性，即降雨过后，井水中的氯离子浓度变化并不能瞬间随着降雨之后改变，而是有一段时间的延迟。9月份降雨量并不大，但氯离子浓度仍然较低，这主要是8月份的降雨量相对较大，地下水的水力联系需要一段时间。图3-8各井氯离子浓度变化与降雨量对比图这种延时性，在对比其余五井的氯离子浓度变化图中更加明显(图3-8。由于其余五井均为农用灌溉机井，更真实反映干旱和多雨季节人工抽取地下水带来的变化。3月到5月，降雨量有一个明显上升的过程，氯离子浓度则从4月到6月初，育一个明显的下降过程;接下来的6月份降雨量减小，氯离子浓度也在7月有了明显的增长;7月和8月降雨量为一年来的最大期，氯离子浓度也在8月初到9月中旬，都保持在一个较低的水平。可见这五井的氯离子浓度的变化基本与降雨量成反旧关。3.2高密度电法海水入侵具有隐蔽性、复杂性、多边性的特点，目前并没有十分完善成熟的方法来研究和监测，目前都处在探索阶段，而高密度电法是用的相对较多、相对成熟的方法之一15。3.2.1高密度电法理论依据高密度电法是基于常规电法勘探的基础上利用计算机技术发展起来的一项电法勘探技术，其测量结果为二维视电阻率断面。高密度电法具有点距小、大、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态，数据密度可观察到海水入侵灾害过渡带连续变化特征和海水入侵灾害的动态发展趋势。相对而言，密度电法(物探方法)较之水化学方法更具灵活、方便的特点，因此在海水入，监测与防治研究中得到了广泛的应用。超量开采地下水，极易使滨海地区形成地下负值区，而负值区一旦形成，海咸水就会乘虚而入，使地下水的矿化度随含水层中氯离子的增加而变大，其地层阻率则相应降低。地层电阻率的变化与地层的岩性、内部结构及其含水、含盐;况有关，其关系可用阿尔奇公式表示为: 式中，b为常数。m为孔隙度及孔隙度指数，在我们选择的剖面附近，地层岩性比较均匀，其孔隙度基本相同，小和其指数m可视为常数;S-n为含水饱和度及饱和度指数，由于海水入侵主要发生在地下水位以下，岩层处于饱和状态，饱和度S和其指数n亦可视为常数;Ac为地下水溶液化学成分有关的系数，因为海水成为主要为氯化钠，化学成分稳定，所以Ac变化也不大;C为地下水的矿化度，它是影响地层电阻率的决定因素。海水入侵带来了大量盐分，相应的地层电阻率也发生了变化。根据实地实验，入侵地层的电阻率都比非入侵区减少了许多，一般弱透水地层减少5-10倍，强透水地层减少10倍以上(表3-2)。从表中可以看出，同类岩性在海水入侵区和非海水入侵区其电阻率存在着明显的差异，利用这种差异可以判断海水入侵的界线，因而通过测量电阻率参数，利用高密度电法划分海水入侵界线是切实可行的16。表3-2不同岩层Ac常见值项目岩层非入侵区入侵区试验地点项目岩层非入侵区入侵区试验地点砂质粘土20-303-10崂山区粘土15-253-10石老人细砂30-505-15细粉砂20-505-15中粗砂80-1505-20中粗砂30-1007-20王哥庄砂砾石100-2502-25入侵咸水0.5-1.0基岩风化层1502-20海水0.1-1.0海水入侵的发生和发展受到了莱州市政府的高度重视，在崂山市政府的领导和支持下，近年来在莱州湾东南岸的王河下游尹家一后邓一西由一带修建了地下水库，该工程是利用水泥灌浆建立地下板墙帷幕，起到阻咸拦蓄的作用。地下板墙帷幕切断了海水入侵通道，阻止海水继续入侵;在汛期板墙帷幕可以阻挡淡水向海渗流拦蓄地下淡水，在淡水一侧形成巨大