辽宁营口滨海地区海水入侵特征研究

王玉广，张 玢，张永华，于 淼

(1.国家海洋环境监测中心，辽宁 大连 116023;2.大连市水产技术推广总站，辽宁大连 116023)

0 引言

海水入侵是特定区域自然与人类社会经济活动两大因素叠加影响的结果［1］。营口地区由于加大城市建设，用水量大大增加，加之大气降水补给不是特别丰富，地下水水位呈下降趋势。由于地下水的大量开采，在营口盖州大清河河口沿岸、鲅鱼圈、熊岳沿岸形成地下漏斗，发生海水入侵。根据2007～2009年野外调查和对布设的6条断面18个站位长期监测和水质分析数据(图1)，本文对该区浅层地下水的水化学特征和分布规律进行了探讨。

1 研究区概况

营口市海岸线主要在盖州市西部沿海地带，海岸地貌类型主要有平原淤泥岸和沙砾岸两种，平原淤泥岸集中分布在大清河河口、熊岳河河口、浮渡河河口及独流入海的小河。本区分为低山丘陵区和滨海平原区。低山丘陵区主要分布在低山区与沿海平原之间的过渡地带，坡势趋缓，谷地开阔，土壤层深，属剥蚀堆积和侵蚀堆积低山丘陵地形;滨海平原区主要分布在哈大公路以西至渤海岸边的广阔区域内，为滨海及河流冲积平原地形。区域内为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水，发育在冲积、冲洪积、海积平原区，地下水赋存于第四系中，受大气降水、河渠渗漏和灌溉入渗补给。营口沿海降水量时空分布很不均匀，每年约70%的降雨量集中在七、八两个月，对地下水的补给非常不利［2］。

2 海(咸)水入侵区地下水化学指标特征

为了研究海(咸)水入侵的范围、程度和动态，我们选取了Cl－浓度和矿化度指标，并根据这些指标特征确定海(咸)水入侵的严重地区和轻度地区的范围及其浅地层地下水化学特征。海水入侵划分标准，参照我国近海海洋综合调查与评价专项技术规程——地质灾害调查技术规程，氯离子含量＜250 mg/L，矿化度＜1.0 g/L，为淡水，无入侵状态;氯离子含量250～1 000 mg/L，矿化度1.0～3.0 g/L，为微咸水，轻度入侵状态;氯离子含量 ＞1 000，矿化度 ＞3.0 g/L，为咸水，严重入侵状态。

2.1 Cl－浓度及分布

浅层地下水中Cl－浓度与分布:Cl－浓度最高值为23 165.8 mg/dm3，最低值为40.4 mg/dm3，平均含量为1 862.6 mg/dm3，标准差5 702.8 mg/dm3，变化系数为306.2%。由特征值可见，测定值的极差(23 125.4 mg/dm3)很大，相差3个数量级，观测数据相对离散程度亦特别大。Cl－浓度平面分布(图2):Cl－浓度最大值(23 165.8 mg/dm3)分布于Ⅳ－1测井，Cl－浓度＞1 000 mg/dm3的高值区沿海岸呈带状分布，其宽度约7～18 km;在此带的东至北侧过渡为250～1 000 mg/dm3的浓度带，其南部Ⅵ －1测井(845.0 mg/dm3)南北沿岸呈带状分布;Cl－浓度 ＜250 mg/dm3分布于前者的陆域上部或沿岸基岩带的后侧，呈连续带状、鸡爪状、片状分布。

图1 营口滨海地区海水入侵调查站位和断面图Fig.1 Survey Station and Section map of Seawater Intrusion along Coast Area of Yingkou City

2.2 矿化度量值及分布

地下水矿化度最大值为67 502.0 mg/dm3，最小值为 332.0 mg/dm3，平均值为 5 710.3 mg/dm3，标准差为 16 534.3 mg/dm3，变化系数为289.6%。由此可见，测定数据相对离散程度很大，大小值相差悬殊。从图3来看，最大值(67 502 mg/dm3)分布于Ⅳ－1测井(营口附近)大辽河口近岸段，向其东、东北部递降为＜3 000 mg/dm3，进伸5～20 km，属于弱矿化区;再向其外围递降为＜1 000 mg/dm3，为淡水区，呈带状、鸡爪状分布;沿岸基岩分布带的后缘浅层地下水矿化度＜1 000 mg/dm3为淡水区，没发生海水入侵。

3 浅层地下水动态评价

营口段Ⅰ～Ⅵ剖面地下水动态示于图4。分剖面叙述如下:

图2 营口滨海地区浅层地下水Cl－浓度分布Fig.2 Distribution of Cl－ concentration in Underground Water along Coast Area of Yingkou City

Ⅰ剖面:Ⅰ剖面位于大辽河南侧，Ⅰ－1井、Ⅰ－2井地下水为微咸水区，矿化度平均值为1 376.1～2 397.6mg/dm3。Ⅰ剖面地下水动态如图4－1所示，Ⅰ －2井水位低(－90～－270 cm)，与Ⅰ－1井之间的水力坡度为2.16×10－5(高水位)及1.4×10－4(低水位)，微咸水从Ⅰ－1井向Ⅰ－2井区补给，Ⅰ－1井矿化度、Cl－浓度随水位升高而增高，高水位时，微咸水入侵强度增大;Ⅰ－3井水位(98～423 cm)比Ⅰ－2井水位高得多，二者之间水力坡度为4.2×10－4(高水位)及3×10－4(低水位)，淡水补给微咸水区，只有当开采淡水水位降深较大，降落漏斗进伸到微咸水区时，微咸水才会向淡水区入侵。

Ⅱ剖面:Ⅱ剖面位于营口东北部，Ⅱ－1及Ⅱ－2井为微咸水区，Ⅱ－3井为淡水区。Ⅱ剖面地下水动态如图4所示。Ⅱ －1井最高水位为－108 cm，最低水位为－338 cm，海水高潮位与Ⅱ－1井之间水力坡度为4.5×10－4(高水位)及3×10－4(低水位)，海水补给残留咸水，残留咸水向微咸水区运移;Ⅱ－2井水位较高，最高水位187 cm，最低水位17 cm，Ⅱ－2井至Ⅱ－1井之间水力坡度为3.5×10－4～3.9×10－4，Ⅱ －2井地下水向Ⅱ－1井方面补给;Ⅱ－2井至Ⅱ－3井之间水力坡度为3.9×10－5～2.3×10－4，Ⅱ －3井区微咸水向淡水方向运移，当淡水开采时，水位降深越大，微咸水入侵强度越大，控制淡水开采降深是防止微咸水入侵的主要措施。

图3 营口滨海地区浅层地下水矿化度分布Fig.3 Distribution of Total Mineralization in shallow Underground Water along Coast Area of Yingkou City

Ⅲ剖面:Ⅲ剖面中Ⅲ－1井水位最低，最高水位－520 cm，最低水位为－1 103 cm，海水潮位与Ⅲ－1井之间水力坡度为 9.4×10－4～1.0×10－3，Ⅲ －1 井矿化度 21.44 ～90.032g/m3，为泻湖相残留海水经浓缩的咸水，海水潮位高，水力坡度较大，故长期补给Ⅲ－1井区，并越过Ⅲ－1井向微咸水区进伸，直至水头压力平衡处为止。Ⅲ－1井矿化度、Cl－浓度与水位为负相关，当Ⅲ－1井水位上升时，海水入侵强度增大，从而稀释了咸水，使矿化度、Cl－浓度下降;Ⅲ－2井水位较高，与Ⅲ－1井之间水力坡度为7×10－4～9.8×10－4，Ⅲ－2井区微咸水亦流向咸水区;淡水区Ⅲ－3井水位略低于Ⅲ－2井，其间水力坡度为5.3×10－4～1.4×10－4，故Ⅲ －2井区微咸水在自然条件下缓慢地向淡水区运移，如果淡水开采不断加大降深，就会加速微咸水入侵。

Ⅳ剖面:Ⅳ －1及Ⅳ －2井最高水位相似(628 cm，668 cm)，Ⅳ－2井略高于Ⅳ－1井，为微咸水区，Ⅳ－1井水位高于海水潮位，二者之间水力坡度为3.3×10－4～6.1×10－4。当Ⅳ －1井为低水位、潮位为高潮位时，才发生海水入侵，Ⅳ－1井矿化度、Cl－浓度与水位不相关，在自然条件下，微咸水补给咸水区;Ⅳ－2井与Ⅳ－3井之间水力坡度为 6×10－4～5.8×10－4，Ⅳ －2 井水位高于Ⅳ－3井水位，在自然条件下Ⅳ－2井区微咸水向淡水区运移。当淡水开采时，降深加大，水力坡度增大，致微咸水加速向淡水区入侵。

Ⅴ剖面:Ⅴ－1井区为咸水区，水位(498～260 cm)高于海水潮位，其间水力坡度为2.3×10－4～6.7 ×10－4，当Ⅴ －1 井水位低于海平面时，海水向咸水区入侵，Ⅴ－1井矿化度、Cl－浓度与水位变化不相关，Ⅴ－1井至Ⅴ－2井之间水力坡度为1.0×10－4～7.5×10－5，在自然条件下，咸水缓慢地向微咸区入侵，微咸水又推向淡水区;Ⅴ－2井为淡水区，矿化度、Cl－浓度与水位变化相关，在自然条件下，微咸水向淡水区补给。如果淡水开采水位降深加大，会导致微咸水入侵强度增大。

图4 Ⅰ～Ⅵ剖面地下水动态Fig.4 Section Map of Underground Water Movement from SectionⅠto SectionⅥ

Ⅵ剖面:Ⅵ－1井至Ⅵ－2井为微咸水区，Ⅵ－1井水位(340～57 cm)略高于Ⅵ－2井水位，其间水力坡度为 1.1×10－4～8.2 ×10－5，Ⅵ －1井低水位时有海水入侵，一般条件下为互补关系，Ⅵ－1井矿化度、Cl－浓度与水位变化不相关，Ⅵ－1井区微咸水向Ⅵ－2井区补给，并入侵至淡水区;Ⅵ －3井为淡水区，其水位(2035～1687 cm)，比Ⅵ－2井高得多，其间水力坡度为1.9×10－3～1.85 ×10－3，即淡水补给微咸水区;Ⅵ －3井矿化度、Cl－浓度与水位变化相关，当水位升高时，地下水溶解含水层中盐类，故使矿化度、Cl－浓度增加。该剖面地段淡水水位较高，只要合理开采，不会导致微咸水向淡水区入侵。

4 浅层地下水水化学类型

该区段地下水化学呈三个大类，包括8个水化 学 类 型，即:Na+—Cl－，Na+·Ca2+—Cl－，Na+—Cl－·HCO3－，Ca2+—Cl－·HCO3－，Ca2+—HCO－· Cl－，Na+—HCO－，Ca2+—HCO－，333Ca2+·Na+—HCO3－等类型［3］。水化学类型平面分布见图5。

氯化物(Cl－)型:分布于Ⅲ －1、Ⅴ －1及Ⅵ－1测井沿海岸呈条带状分布。Cl－浓度为845.6～23 165.8 mg/dm3，Na+浓度为 167.0 ～16 063.3 mg/dm3，属于微咸水至咸水。

Cl－·HCO3－或HCO3－·Cl－型:分布于前者之上的陆域，从北至南连续带状分布，北部较宽，中部较窄。Na+浓度为44.7～192.9 mg/dm3，Ca2+浓度为93.3 ～118.9 mg/dm3，Cl－浓度为104.5 ～957.0 mg/dm3，HCO3－浓度为148.0～1 020.8 mg/dm3，属于微咸水至淡水。

HCO3－型(阳离子为 Na+·Ca2+):分布于远离海岸的陆域松散沉积层中，北部为大面积成片分布，南部缺失。Na+浓度为20.3～522.3 mg/dm3，Ca2+浓度为 34.2 ～152.0 mg/dm3，HCO－3浓度为130.6～1125.6 mg/dm3，属于淡水。

5 结论

营口沿岸分布有众多水源地，这些水源地承担着营口市及县(市)乡的工农业用水及生活用水。由于连续大量开采地下水，在大石桥地区已形成了1个较固定的地下水降落漏斗，地下水位大幅度下降，加之补给来源不充足，使地下水位难以回升，熊岳～鲅鱼圈沿海测区，地下水位普遍下降。地下水化学类型分为3大类型，由冲洪积平原向冲海积平原和海积平原，地下水化学类型由HCO3－型(阳离子为Ca2+·Na+)→Cl－·HCO3－或HCO3－·Cl－型(阳离子为 Ca2+·Na+)→Na+—Cl－型。①Na+—Cl－型:沿海岸呈条带状分布;②Cl－·HCO3－或HCO3－·Cl－型:分布于前者之上的陆域，从北至南连续带状分布，北部较宽，中部较窄;③HCO3－型(阳离子为Na+·Ca2+):分布于远离海岸的陆域松散沉积层中，北部为大面积成片分布，南部缺失，该区地下水水化学类型变化规律明显，反映了海水入侵分布特征，根据地下水位动态分析表明，当淡水开采时，水位降深越大，微咸水入侵强度越大，控制淡水开采是防止微咸水入侵的主要措施［4］。

图5 营口滨海地区浅层地下水水化学类型分布Fig.5 Distribution of Shallow Underground Water Hydrochemical type along Coast Area of Yingkou City

［1］ 郭占荣，黄奕普.海水入侵问题研究综述［J］.水文，2003，23(3):10 －15.

［2］ 付洪涛，杨大卓.营口地区海水入侵现状分析及防治措施［J］.吉林水利，2006，287:19 －21.

［3］ 姜爱霞，李道高.莱州湾南岸滨海平原咸水入侵浅层地下水水化学特征［J］.海洋学报，1997，Vol.19，No.4，142 －147.

［4］ 寇英杰，王颖.辽宁省海水入侵成因及防治措施［J］.辽宁地质，2000，17(1):67 －71.