辽东湾西侧地区地下水海水入侵现状调查

　　海水入侵是由于自然或人为因素，海滨地区地下水动力条件发生改变，使含水层中的地下淡水与海水及地下咸水之间的平衡状态遭到破坏，导致海水或地下咸水沿含水层向陆地方向扩侵的现象[1].本文以辽东湾西侧绥中砂质平原地区为研究区域，基于本区域实测的海水入侵监测数据，研究地下水位变化监测在分析该地区海水入侵现象时的应用。李新运等[2]、郑新奇等[3]通过建立莱州湾南岸海水入侵面积与地下水位负面积的回归模型，指出了该地区地下水位负值区是导致海水入侵发生与发展的主要因素； 刘冬雁等[4]利用莱州市平原区二十年的水文资料，指出海水入侵与地下水位负值区存在阶段性演变现象； 唐心强利用试验分析了海水楔因地下水位升级而引起的移动规律，给出了能预测因地下水位的升降引起的海水楔前进和后退的数学模型。研究区位于辽东湾西侧，葫芦岛市的西南部。

　　研究区含水层岩性为砂砾石、砾卵石及砂砾卵石、砾卵石及砂砾卵石混土，分布连续，厚度从西北至东南逐渐增厚，渗透能力较强，这种强透水地层为海水入侵创造了极为有利的条件。近年来，由于过量开采地下水，地下水位下降，海水入侵范围呈扩大趋势。

　　1 材料与方法

　　为了研究本区域的海水入侵现状，在辽东湾绥中-六股河流域垂直岸线方向布置了三个观测井，其位置见图 1.S-1、S-2、S-3 三个观测井的井深分别为 17. 5 m、13. 2 m、12. 0 m.

　　为了比较全面的了解本地区的地下水海水入侵情况，在一个周期年中，分别对三个观测井在2011 年 6 月、2011 年 8 月、2011 年 12 月、2012 年4 月、2012 年 6 月进行了地下水取样和水位观测，并对水体的化学成分进行了全面的分析。样品分析项目包括 Na+、K+、Ca2 +、Mg2 +、Cl-、SO2 -4、CO2 -3、HCO-3、矿化度（ M） .主要离子 Cl-含量采用硝酸银容量法进行检测分析； Na+和 K+采用火焰原子吸收分光光度法； Ca2 +和 Mg2 +采用原子吸收分光光度法； SO2 -4采用 BaCrO4分光光度法；HCO-3采用滴定法。

　　2 结果与讨论

　　2. 1 外海潮位对海水入侵的影响

　　根据水压力平衡的原理，地下水位低于外海海水水位时，会导致海水入侵发生。郑丹[5]指出近岸区域土壤中的地下水受外海潮汐水位的波动变化而产生水位的波动效应，即地下水位具有潮汐波动效应，海潮的波动效应在强透水层中可影响离岸较远的区域。张怡辉等[6根据该区域的地下水位与 Cl-含量的变化关系得出，S-1 监测井处于海水严重入侵区，该站的水位变化和 Cl-含量主要受外海海水的影响，认为 S-1 监测井离岸较近，当外海水位升高时，由于该区域是砂质岸段，颗粒较粗，透水性良好，导致海水向内陆倒灌，以至该站水位也升高，伴随着海水入侵加重，Cl-也会相对较高； S-2 监测井处于海水入侵过渡区，主要受大气降水的影响，Cl-含量与水位变化呈反比关系。

　　实际研究中，海水入侵的监测，通常是对监测点的地下水样中氯化物和矿化度进行化验分析。传统的方法是采用滴定法进行化验分析，不仅工作量大、操作复杂、分析速度慢，且对操作人员也有一定要求[7].而采用电导仪法测定，具有准确度高、速度快、操作简便、不用消耗化学试剂等优点[7].国内一些学者[7-10]已在不同地区成功开展了电导率法替代氯化物监测海水入侵的应用研究，指出地下水中 Cl-含量与电导率值呈正比关系。

　　为进一步分析 S-1 监测井（ 海水严重入侵区）与外海潮位的关系，于 2014 年 4 月对 S-1 站进行一个完整日的电导率监测，监测时间间隔为 20min,并用验潮仪记录了同期外海的潮位变化。变化趋势如图 2 所示，其中电导率变化采用实时值（ Sp） /平均值（ S均） 来表征。

　　从图2 可以明显看出，S-1 监测井的电导率随着潮位的升高而升高，这种现象在高潮时更加显着，低潮时相对不明显。这表明 S-1 监测井主要受外海水位的变化影响，由于该区域主要是砂质平原岸段，颗粒较粗，透水性良好，所以外海潮位的变化可以对海水严重入侵的 S-1 监测井附近产生显着的影响，高潮位时会导致该地区的海水入侵程度加重。因此在分析该地区近岸海水入侵严重区域的地下水海水入侵变化及水化学特性时，应考虑外海潮位变化的影响。此外当发生极端天气（ 如风暴潮） 时，该区域海水入侵严重区域的海水入侵现象将会加重。

　　2. 1. 2 地下水位变化的应用

　　该地区根据实测的同期的 Cl-离子含量和水位的变化关系可知[6],S-2 监测井处于海水入侵过渡区，该地区地下水位主要受大气降水及内陆地下水影响； S-3 监测井为无入侵区，地下水位与Cl-含量主要受内陆水的影响； S-2、S-3 监测井Cl-含量与水位变化均呈反比关系。为进一步分析地下水位与地下水 Cl-含量的关系，我们给出S-2、S-3 监测井季节变化的地下水位与 Cl-含量的变化关系，如图 3 所示。

　　图 3 可以看出，该地区海水入侵过渡区，季节变化的地下水位与地下水 Cl-含量呈现明显的正相关关系，相关方程为 Cl-（ mg/L） = - 40. 477× h（ m） + 211. 32,相关系数 0. 92 以上，因此该地区海水入侵过渡区域，地下水位的变化可以间接的反应出该区域地下水中 Cl-含量的变化。在分析该地区不同位置的海水入侵状况时，可以根据地下水位近似的推测出该位置的海水入侵状况，对于分析不同地下水位时，海水入侵过渡区的位置有很好的指导意义。

　　从 2013 年 1 月开始，对 S-2 监测井进行了长期的地下水位监测，监测间隔时间为 5 d.依据2013 年 1 月 ~ 2014 年 4 月地下水位的长期观测值计算出了该过渡地区地下水中 Cl-含量的变化区间及上下限区间，如图 4.可以看出该过渡区 3月 ~5 月期间地下水位较低，计算出的地下水中Cl-含量较高，计算的上限已经超过海水入侵的限制 250 mg/L[11],处于了海水入侵的状态。

　　此外，我们可以通过该地区地下水位与氯度值的相关关系，反推出该地区的海水入侵过渡区（ 250 mg/L） 的地下水位值，利用地下水位与氯度值的上下限曲线，我们可以得出该地区的海水入侵过渡区 （ 250 mg/L） 对应的地下水位值 为- 2. 22 m ~ 0. 25 m,由此我们可以通过测量该地区的地下水位值来定位出该地区海水入侵过渡区的位置及范围。

　　3 结 论

　　（ 1） 通过同期的外海潮位与 S-1 监测井电导率监测，表明 S-1 监测井的电导率随着潮位的升高而升高，这种现象在高潮时更加显着，低潮时相对不明显。而电导率的变化正比于地下水 Cl-含量的变化，这表明 S-1 监测井 Cl-含量主要受外海水位的变化影响，高潮位时会加重该地区的海水入侵程度。因此在分析该地区近岸海水入侵严重区域的地下水海水入侵变化及水化学特性时，应考虑外海潮位变化的影响。

　　（ 2） 该地区海水入侵过渡区，季节变化的地下水位与季节变化的地下水 Cl-含量呈现明显的正相 关 关 系，相 关 方 程 为 Cl-（ mg/L） =- 40. 477 × h（ m） + 211. 32,相关系数 0. 92 以上，因此该地区海水入侵过渡区域，地下水位的变化可以间接的反应出该区域地下水中 Cl-含量的变化。

　　（ 3） 通过该地区地下水位与氯度值的相关关系，我们可以得出该地区的海水入侵过渡区（ 250mg / L） 对应的地下水位值为 - 2. 22 m ~ 0. 25 m.对于我们确立该地区海水入侵过渡断面的位置提供间接的依据和参考。（图略）

　　参考文献：

　　[1]丁 玲，李碧英，张树深。 海岸带海水入侵的研究进展[J]. 海洋通报，2004,23（ 2） : 82-87.
　　[2]李新运，姜文明，张乃兴。 莱州湾东南岸海水入侵相关分析和趋势预测[J]. 中国地质灾害与防治学报，1994（ 4） : 33-39.
　　[3]郑新奇，张乃兴，李新运。 莱州湾东南沿岸地下水水位动态与海水入侵相关规律研究[J]. 水文地质工程地质，1997（ 3） :6-9.
　　[4]刘冬雁，庄振业，邱汉学，等。 莱州海水入侵与地下水位负值区的演变模式[J]. 海洋湖沼通报，1999（ 2） : 18-23.