基于高密度电法试验对海水入侵界面确定的研究

于 海

(营口市老边区水利事务中心，辽宁 营口 115000)

1 概述

研究区位于辽东湾东侧的辽宁省营口市,大清河流域望宝山水文监测站的下游，内有长大铁路通过，交通便利，地理位置N40°20′～40°26′，E122°10′～122°35′，总面积为170 km2(陆地面积150 km2，潮汐波动带20 km2)，东西方向约24 km，南北方向2～13 km，海岸线约6 km。属大陆型季风气候，四季分明，雨热同季。

2018年6月，营口的旱季，在研究区内从沿海到内陆，共布设高密度电法监测断面8处；2018年9月，营口的雨季即将结束时，在测线3和测线7的位置处，重新进行物探测试。在旱季和雨季进行两次物探试验，主要目的是研究降雨入渗对海水入侵界面的影响。

2 高密度电法试验

前期利用N电法测量系统进行数据初步处理，后期用瑞典RES2DINV软件进行反演与出图，反演计算方法为光滑约束的最小二乘法[1]。为便于反演结果的解释，可按照测线布设位置将2018年6月测得的8条测线分成3组。

2.1 近海的测线1～2

在大清河入海口布设了两条高密度电法测线，测线1位于大清河的南入海口附近，测线2位于北入海口附近，根据往年的综合研究认为大清河的入海口位置位于全入侵区，在此处布设两条监测断面进行验证。大清河南入海口附近的测线1，布设位于一片较为平坦空旷的区域；大清河北入海口的测线2，位于一段水稻田旁。

测线1布线测试方向从沿海到内陆，近似垂直于海岸带方向，测线长度为390 m，单位电极距为10 m，采用温纳法测量。根据测线1的反演结果，结合研究区含水层以及地质条件，可以得出，此处含水层厚度在10～50 m范围内，在入海口位置属于全面入侵区。测线2与测线1类似，都是在海水入侵区，采用120道电极，单位电极距10 m，测线长1 190 m。测线位于水稻田旁，受灌溉渠和路基影响，反演误差较大，但是可以看出含水层部分整体电阻率较低。

2.2 大清河西海拦河闸两侧的测线3～4

根据往年海侵线的绘制，以及本次的踏勘调研，认为海侵线已经越过盖州火车站沿线，本次物探监测重点就放在大清河南岸的火车站沿线附近。

在大清河下游有有一西海拦河闸，为了验证西海拦河闸对于海侵程度的控制，在西海拦河闸南侧紧临河的位置处布设一条测线，设置单位电极极距3 m，应用偶极法测量，进行一次滚动测量，并利用测量系统的处理终端将数据拼接，拼成一条447 m长的测线3。

在大清河的北侧，距离西海拦河闸和河道都稍远一些的位置布设测线4，测线4在铁路西侧，没有越过铁路线。测线3的布线位置位于大清河南侧，距离大清河距离仅35 m，拼接后测线总长度为447 m，反演后有效深度约为42 m。由于布线场地的地形平坦，测线较直，反演时不需要做地形校正。

根据反演结果，在测线3的144 m位置处有一个明显的高阻、低阻界面，且整体来说低阻区的电阻很低，应属于咸水区。但是测线50 m处有高阻，可能是卵石等高阻物体。在190～300 m、深36～46 m处有一处低阻区，在测线270～321 m、深10～20 m处也有一处低阻区，这些可能是受相邻的河流影响。

测线4位于大清河北岸，距河约300 m的位置，平行河道、垂直于海岸线的方向。共120个电极，单位电极距为3m，测线总长357 m，用温纳法测量。由反演结果可知在靠海的一侧，有一块高阻异常区域，高阻区可能是在房屋修建中填埋物品或者排水管道等，但是在靠海的一侧整体上呈现低阻的趋势，由于场地原因这条测线无法继续向前推进，但是可以猜测海水入侵界面在这个位置附近[2]。

2.3 大清河南侧海侵线附近的测线5～8

测线5布设在在铁路的西侧，即靠近海的一侧，共70个电极，单位电极距为3m，测线长度共207 m，为使测量深度更大，选择利用施贝法进行测量，反演后可见深度约为36.9 m，含水层中电阻率值均较低且分布均匀[3]，推断此处已处于入侵区。

为寻找海水入侵的界面具体位置，继续向铁路东侧布设测线。测线6总长1 190 m，单位电极距10 m，使用电极120个，电极布设在农田旁，地形平坦顺直，采用温纳法测量，反演后可见有效深度达136 m。由高密度电法反演结果，在500～540 m的位置处存在一个较为明显的楔形入侵界面，此外反演图像上层也表现为低阻，主要是因为此处农田正在进行灌溉，灌溉用水来自此处偏咸水井的井水，常年的灌溉导致表层也表现为相对低阻[4]。

为对比验证，在平行于测线6的铁路线东部重新布设测线7，此处布设测线长890 m，使用电极共90个，单位电极距为10 m，采用温纳法进行测量，反演后可见有效深度为154 m。在此处找到了一个非常明显的含水层海水入侵界面，位于测线中间360～410 m处。测线尾部也有低阻区，可能是沿着其他方向入侵到此界面的少量咸水[4]。此处地层条件好，电极布设方便，可以作为物探方法海侵界面长期观测的地点。

随后布设了一条垂直于平行于海岸线的测线8，垂直于测线5、6、7，沿靠近铁路线位置布设，平行海岸线的断面可以监测海水入侵的范围和深度[5]。这个位置的含水层咸水已经全面入侵，含水层的厚度在地表以下24～70 m。

根据物探现场试验反演结果，研究内的大清河两岸附近，海水入侵线已经基本越过铁路线，到达铁路线东部地区，入侵最远距离海岸线约8～8.5 km。大清河的西海拦河闸对海水的入侵具有一定的控制作用，但是影响范围较小，仅限于距河岸较近的地区。测线8处的海水入侵界面较为明显，可以作为其中一个海侵物探长期观测的点。

3 结语

采用高密度电法，模拟研究大清河海水入侵过程，分析大清河以及河道上拦河闸对海水入侵的控制作用。通过分析发现，该区域降雨入渗并没有使得海水入侵有所回退，主要原因是本地的农业灌溉用水量非常大[6]。农业主要为大棚种植，常年需要大量农业灌溉水，本地农业灌溉用水来源主要为农用水井，虽然各大水源地已经压采，但农用井的抽水量并未得到控制。