近年秦皇岛市海水入侵分析及现状探讨

李微微 傅圆圆 杨雯 王众 杨超

摘 要：基于秦皇岛市近年海水入侵状况监测，分析2015-2019年海水入侵中氯离子和矿物质的变化趋势及其变化机制，进而探讨近年秦皇岛海水入侵现状。结果表明海水入侵区的矿物质变化主要受降水的影响，过渡带、未入侵区的矿物质受降水的影响小。

关键词：秦皇岛市;海水入侵;氯离子;矿物质;降水量

秦皇岛市位于东经118°33'～119°51'、北纬39°24'～40°37'，地处河北省东北部，其海岸线全长约 162.7 km，东起山海关金丝河口，区域包含海港区、山海关区、北戴河区、抚宁区和昌黎平原区，沿海平原地区面积约为1 750.4 km2[1]，海岸线止于西部昌黎县滦河口处。

沿海地区由于自然和人为原因，地下含水层或河流地区发生海水倒灌，使咸潮影响带扩大并发生海水补给地下水的现象，称为海水入侵[2]。海水入侵不仅使深层土壤矿化度升高，海水中的可溶盐类还会被带至土壤表层，造成整个地表的盐碱化。引起海水入侵的原因较为复杂，与自然因素如水文气象、水文地质、海潮变化，以及人为因素如地下水超采致使地下水位连年下降、滩涂经济、河道采砂、水资源的调配利用等密切相关[3-4]。秦皇岛沿海河流多为山溪性河流，一年中夏季是降水主要集中发生期，且受台风影响降水多为暴雨，历时短、强度大，大部分降水排入大海，地面降雨径流减少，使得地下水得不到充分补给而导致水位持续下降，形成海水压迫使咸水体向内陆延伸[5]。

秦皇岛市位于渤海湾峡湾处，沿海地区存在海水入侵状况，因地理位置差异入侵程度略有不同，近年受地下水超采和地质等诸多因素影响，秦皇岛地区的用水紧张情势有所加剧[6]。通过对2015-2019年秦皇岛市海水入侵状况进行分析评价，研究海水入侵区变化趋势，定量分析降水对海水入侵的影响。

1 数据处理

2015-2019年，每年4月份对秦皇岛滨海地区的海水入侵情况进行监测。结合现场监测的实际情况，在秦皇岛沿垂直于海岸线方向共布设了3个监测断面，断面间距大于10 km。每个断面布设监测站位3个（海水入侵区、过渡带、未入侵区），监测站位主要利用现有农业用水井或居民饮用水井，监测站位具体情况见表1和图1。按照2014年1月国家海洋局印发的《海水入侵监测与评价技术规程》[7]，海水入侵程度的评价参数取消了原有的矿化度参数，仅保留氯度参数，具体海水入侵程度等级划分标准见表2[7]。

采用国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站的月平均降水数据，由于海水入侵调查在每年的4月，本文用前一年的4月-次年3月数据作为本年的降水数据，来分析降水对海水入侵的影响。

采用Pearson相关系数计算氯度、矿物质与降水的关系，两个变量之间的协方差和标准差的商称之为两个变量之间的Pearson相关系数，估算样本的协方差和标准差，可得到Pearson相关系数，其值介于-1与1之间，所得数值的绝对值越大，表示其相关性越强，即所得相关系数值越接近于1或-1，相关度越强;若越接近于0，则相关度越弱。通常状况下，绝对值在 0.8～1.0代表极强相关;0.6～0.8代表强相关;0.4～0.6代表中等程度相关，进而知晓所得数值所在的取值范围，并判断变量的相关强度。

2 多年海水入侵狀况机制分析

由于站位A1在洋河口入海口，此处氯离子和矿物质含量较高，2015-2019年的入侵程度均为严重入侵，图2、图3分别为站位A1的氯离子、矿物质在2015-2019年的变化趋势，此处氯离子存在增加趋势，入侵距离也随着增加，而矿物质存在下降趋势，氯离子和矿物质的变化趋势与降水基本相反。图2中，氯离子和降水在2016-2019年的变化趋势完全相反，存在明显的负相关关系，相关系数为0.692 4。说明A1站位的氯离子变化部分受降水的影响，还有其他因素影响氯离子变化，譬如洋河口的径流量，近年来随着工业的增加，洋河口的径流量存在明显的下降趋势[8]，洋河口入海口处的氯离子存在上升趋势，受洋河口径流量的影响。同时，矿物质和降水在2015-2019年的变化趋势完全相反，见图3。前一年的降水增加时，矿物质减少，存在明显的负相关关系，相关系数为0.984 2，说明A1站位的氯离子和矿物质变化受降水的影响。

图4、图5分别为三个区（海水入侵区、过渡带、未入侵区）的氯离子和矿物质变化趋势，氯离子在海水入侵区和过渡带2015-2018年存在明显的上升趋势，2019年有所下降，未侵入区的氯离子仅在2018年有所上升，与2017年的降水有所下降有关;三个区的矿物质在2015-2017年存在下降趋势，在2017-2018年存在上升趋势，在2019年有所下降，变化趋势与降水完全相反。

由图4可以看出海水入侵区、过渡带的氯离子变化趋势相同，未入侵区在2015-2017年的氯离子变化较小，在2017-2019年变化趋势与海水入侵区、过渡带相同。三个区的氯离子在2016-2019年与降水的相关系数分别为0.712 6、0.774 4、0.610 2，说明氯离子与降水存在明显的负相关关系，三个区的氯离子受降水影响，影响程度基本相同。

由图5可以看出三个区的矿物质变化趋势相同，过渡带和未侵入区的矿物质数值相差不大，三个区的矿物质在2015-2017年存在明显的下降趋势，2017年达到最低值，2017-2018年存在上升趋势，2019年有所下降，2019年的矿物质在过渡带和未侵入区与2015年的数值持平，而在海水入侵区2019年的矿物质数值低于2015年。三个区的矿物质2015-2019年与降水的相关系数分别为0.977 6、0.573 1、0.638 0，矿物质与降水存在明显的相关性，说明海水入侵区的矿物质与降水相关性最大，海水入侵区受降水影响最大，过渡带和未侵入区受降水影响较小。

3 海水入侵现状探讨

海水入侵使本来脆弱的滨海生态环境情势变得更加严峻，如不能及时采取防治措施，入侵继续蔓延使沿海地区海水入侵状况加剧。由于海水入侵在治理上难度相对比较大，且周期长，会损害生态环境，制约海滨地区经济发展空间，对社会经济及群众生活等产生不利影响。

不合理及过度开采地下水是导致海水入侵的直接原因，防治海水入侵从地下水补给、径流、排泄等角度出发，其核心是增加地下水的补给量以及限制沿海地区的地下水开采量。首先，对滨海地区的地下水资源进行更进一步的优化管理，进而调整对地下水开采布局;其次，注重增加滨海地区的地下水补给，尤其是海水入侵区周边;再次，在滨海地区建设多种拦蓄补源性工程，在河槽不同地段修建人工渗沟、渗渠等，使汛期降水得到充分利用，可加速地表水向地下水的转化。

对于海水入侵区，采取适应性改良及分区域治理，利用地下微咸水灌溉耐盐性作物;建立适合区域生态特点良性循环的生态系统，改善土壤;调整水资源利用方向，发展节水型工副业;在地下水系统的补给区，以涵养水源为出发点，发展生态农林业等，进而发展海水入侵区经济，改善生态环境。

同时，应进一步加强对海水入侵的监测，掌握海水入侵的现状及趋势，以便及时采取积极的应对措施。

4 结论

本文基于2015-2019年秦皇島市三个断面的海水入侵数据对氯度和矿物质参数进行分析研究，同时对比分析降水对氯度和矿物质的影响，结论如下：

海水入侵区站位A1的氯度在2016-2019年的变化趋势与降水相反，存在明显的相关性;矿物质在2015-2019年与降水存在明显的负相关关系，矿物质比氯度更容易受降水的影响。

对比海水入侵区、过渡带、未入侵区等三个区的氯度和矿物质在2015-2019年的变化趋势以及与降水的关系，发现三个区的氯度在2016-2019年与降水之间存在明显的相关性，海水入侵区的矿物质主要受降水的影响，过渡带、未入侵区的矿物质受降水的影响小。

参考文献：

[1] 秦皇岛市水利局，河北省唐秦水文水资源勘测局.秦皇岛市水文手册[R].唐山：地矿部河北地勘局测绘院，2012.

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

[3] 薛禹群，谢春红，吴吉春.海水入侵研究[J].水文地质工程地质，1992，19（6）：29-33.

[4] 赵伟玲，唐立强，朱小龙.河北沿海海水入侵灾害现状、成因及防治对策分析[J].海洋开发与管理，2014，31（8）：48-54.

[5] 河北省秦皇岛水文水资源勘测局，秦皇岛市水务局.秦皇岛市水资源开发利用与保护规划[R].秦皇岛：河北省秦皇岛水文水资源勘测局，2015.

[6] 赵云峰.秦皇岛市沿海地区海水入侵水文特征值变化趋势分析[J].陕西水利，2019，12（4）：41-43.

[7] 国家海洋局.海水入侵监测与评价技术规程： HY/T 0314-2021 [S].2021.

[8] 田菲，韩淑敏，胡玉昆.洋河流域径流演变规律及驱动因子分析[J].华北农学报，2008，23（z2）：42-45.

（收稿日期：2021-06-01;修回日期：2021-07-16）