海水入侵與地下水危害防治綜述

1、海水入侵與地下水危害與防治綜述目錄第一章；海水入侵機(jī)理與現(xiàn)狀一海水入侵機(jī)理1. 水力坡度減小或發(fā)生逆轉(zhuǎn)2 淡水與咸水的交換3隔水層的破壞4咸淡水層通過(guò)鉆孔溝通第二章 海水入侵的危害第三章 海水入侵防治措施1合理開(kāi)采地下水2人工回灌淡水3實(shí)施節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)4遠(yuǎn)距離調(diào)水5修建地下水庫(kù)6 在感潮河口段應(yīng)注意防止海水上溯和直接入侵。7 在已形成海入侵的地區(qū)可以利用人工補(bǔ)源8搞好水土保持。9 優(yōu)化水資源配置與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。10建立層次分析模型11節(jié)流措施12 采用行政法律手段13 海水人侵的預(yù)報(bào)總結(jié)第一章；海水入侵機(jī)理與現(xiàn)狀一海水入侵機(jī)理海水入侵一般指由于淡水層的過(guò)量開(kāi)采,使淡水與海（咸）水之間的水力平衡遭到

2、破壞海（咸 ）水從海洋一側(cè) 向內(nèi)陸運(yùn)移,造成淡水水源地水質(zhì)惡化變咸,可能最終報(bào)廢的現(xiàn)象。天然條件下淡水與咸水間一般能保持某種程度的動(dòng)力平衡 ，人為動(dòng)破壞這種平衡或使咸淡水發(fā)生聯(lián)系,因而出現(xiàn)海水入侵,其機(jī)理可歸納為下 1. 水力坡度減小或發(fā)生逆轉(zhuǎn)天然條件下,淡水含水層向海中排泄,水頭面向海一側(cè)傾斜,水力坡度的大小往往反映了排泄強(qiáng)度開(kāi)采條件下,淡水層向海的排泄量減少,水力坡度減小,超采時(shí),漏斗擴(kuò)大以致淡水層的水位低于海平面 ，水力坡度逆轉(zhuǎn),破壞了水力平衡,必然發(fā)生海水入侵。2 淡水與咸水的交換由于人為活動(dòng)的干擾或 自然條件的改變,使得海（咸）水常形成對(duì)淡水層的補(bǔ)給從而使淡水層咸化如河床采砂使河床降

3、低,地下水位相應(yīng)下降,而潮水可上溯更遠(yuǎn)的距離潮水及退潮后殘存的海水下滲含水層。沿海灘涂的蝦池、鹽池水位遠(yuǎn)高于地下水位,造成反向水力坡度,發(fā)生下滲、側(cè)滲作用。非開(kāi)采原因造成淡水層減壓如水田改早田 ，河流上游修建水利工程、連續(xù)干旱等原因，使淡水層補(bǔ)給量減少,咸水入侵。 3隔水層的破壞淡水與海水間隔水層的破壞往往是由沿岸工程建設(shè)引起如港與航遣工程在建設(shè)程中由于疏?；蜷_(kāi)挖而破壞掉淡水與海水之間的隔水層。4咸淡水層通過(guò)鉆孔溝通由于止水不良或深度，結(jié)構(gòu)等不合理,使淡水層與咸水層（或海水楔）溝通,發(fā)生侵染 。在海岸線附近無(wú)隔水體的條件下 , 由于海水密度 s大于淡水密度 f海水入侵到淡水體以下是必然的 ,

4、暫不考慮海水的回流淡水入海流 , 海水入侵最簡(jiǎn)單的水靜力學(xué)模型 。設(shè)潛水面在海平面以上高度為 hf , 海水入侵后的咸淡水分界在海平面以下深度為 z , 第二章 海水入侵的危害在沿海地區(qū) ,數(shù)千年 來(lái)由于海侵和風(fēng)暴潮的作用 ,該區(qū)濱 海一帶形成了大面積的地下古咸水區(qū)。古咸水區(qū)和靠近內(nèi)陸的淡水區(qū)有一個(gè)明顯的分界線。受自然規(guī)律的支配 ,咸淡水分界面保持著 自然平衡態(tài) ,形成了獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境。近十幾年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ,對(duì)地下淡水的開(kāi)采量逐年增加。而降雨量和主要 河流來(lái)水量趨于減少 ,自然補(bǔ)源不足,造成淡水水位下降 ,有的地區(qū)出現(xiàn)漏斗。咸水就自然向低水位的淡水區(qū)流動(dòng) ,使原來(lái)淡水區(qū)的地下水變咸 ,形

5、成了海水入侵。由于沿海地 區(qū)地貌環(huán)境的復(fù)雜性 ,海水入侵的形式有面狀入侵 、帶狀入侵、錐狀入侵等類型 。海水入侵灣沿海地區(qū)造成了較大的危害 在農(nóng)業(yè)方面海水入侵導(dǎo)致地下水變咸,致使土壤鹽堿化,糧食產(chǎn)量下降,一般年份減產(chǎn)20%以上 ,旱年基本絕產(chǎn)。使現(xiàn)有的機(jī)井報(bào)廢 ,農(nóng)民不得不投資打更深的機(jī)井,形成了惡性循環(huán),加速了海水入侵 。在工業(yè)方面由于地下水變咸導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降和設(shè)備銹蝕,因淡水供應(yīng)不足使企業(yè)生產(chǎn)處于停頓狀態(tài),嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在人民生活方面由于水質(zhì)的變化,人畜不得不飲用劣質(zhì)水,導(dǎo)致人畜疾病增加 ,破壞了人們賴以生存的自然環(huán)境 。第三章 海水入侵防治措施1合理開(kāi)采地下水區(qū)域水資源短缺

6、和大量超采地下水是海水入侵的根本原因 因減少地下水開(kāi)采量，量入為出，對(duì)水資源進(jìn)行合理調(diào)配 ，這是防治海水入侵的一種有效辦法 應(yīng)避免長(zhǎng)期盲目地超量開(kāi)采地下水2人工回灌淡水人工回灌是增加地下水資源并控制海水入侵的有效措施之一 此方法的兩個(gè)關(guān)鍵是尋找分散的或不能直接利用的水源作為回灌水和確定回灌方案 工程實(shí)施過(guò)程中還涉及清淤和提高回灌效率的問(wèn)以淡壓咸 既增加了淡水資源 又起到了防止水質(zhì)咸化的作用 回灌試驗(yàn)結(jié)果( 1)采用傍河地下水, 利用管井導(dǎo)虹吸回灌, 由于水質(zhì)較好不用回?fù)P試驗(yàn)期間沒(méi)有發(fā)生堵塞現(xiàn)象。( 2)該區(qū)單井回灌影響半徑為35m, 灌量平均為14 . 12m3/h。( 3)回灌水文地質(zhì)參數(shù)均

7、小于抽水水文地質(zhì)參數(shù) 1 5倍,說(shuō)明回灌較抽取地下水難度大。3實(shí)施節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是用水大戶用水量占總用水量的以上是最有力的節(jié)水部門因此在海水入侵地區(qū)結(jié)合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè) 大力推廣灌溉新技術(shù) 以減少地下水的開(kāi)采量水灌溉新技術(shù) 包括噴灌 滴灌 滲灌 渠道防滲 管道輸水以及化地膜 生物地膜 新型抗旱劑和保水劑等 可提高水資源有效利用率許多沿海城市還實(shí)行生態(tài)農(nóng)業(yè) 發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)等措施來(lái)減少地下水采4遠(yuǎn)距離調(diào)水海水入侵使萊州市濱海地區(qū)地下水變咸而無(wú)法飲用萬(wàn)人口用水發(fā)生困難為解決這一困難 萊州市建設(shè)濱海地區(qū)居民飲用水水工程 從上游水庫(kù)調(diào)水年調(diào)水量萬(wàn)使濱海地區(qū)的居民都上自來(lái)水 這項(xiàng)調(diào)水工

8、程不僅解決了濱海地區(qū) 萬(wàn)居民的生活用和部分工業(yè)用水 而且還減少了濱海地區(qū)地下水開(kāi)采量減緩了海入侵5修建地下水庫(kù)用帷幕灌漿方法在巖溶有利地段建立地下阻水屏障 形成濱溶地下水庫(kù)切斷海水入侵通道和地下淡水排泄通道能從根本上海水入侵 最大限度的開(kāi)發(fā)利用地下淡水資源 而且以地下水庫(kù)存調(diào)節(jié)空間 是實(shí)現(xiàn)地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度的重要措施 與地庫(kù)比 其又有造價(jià)低 不占耕地 沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn) 水質(zhì)防護(hù)條件好等優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)上完全可行6 在感潮河口段應(yīng)注意防止海水上溯和直接入侵。應(yīng)采取在河口處建防潮閘等措施，一方面可以阻止海水侵入，另一方面可以攔蓄地表水，增加淡水對(duì)地下水的補(bǔ)給量，減少和消除海水入侵的動(dòng)力條件。常年向地下含水

9、層補(bǔ)給淡水，可以改善地下水環(huán)境。7 在已形成海入侵的地區(qū)可以利用人工補(bǔ)源 以淡壓咸地下水具有流動(dòng)性，可恢復(fù)性特點(diǎn)，通過(guò)人工灌溉，如開(kāi)挖和修建滲井是最易推廣和行之有效的辦法。這種方法技術(shù)容易造價(jià)低在一些地區(qū)已取得了成功經(jīng)驗(yàn)。8搞好水土保持。封山、封灘，育林，增加植被，涵養(yǎng)水源增加地下水天然補(bǔ)給量，以逐漸改善本地區(qū)水環(huán)境。在有條件的地方，可以修建地下水庫(kù)，它既可以更多的儲(chǔ)存淡水資源，又可以提高該地區(qū)地下水水位，對(duì)防止海水入侵等，都是非常有益的。以上所述方法，對(duì)治理海水入侵毫無(wú)疑問(wèn)都是有效的，但都有不足之處。有的方法，雖然投資少，但周期長(zhǎng)，沒(méi)有立竿見(jiàn)影的效果，需要十幾年甚至幾十年才能見(jiàn)效。另外的方法

10、， 雖然見(jiàn)效快，但受地理環(huán)境限制，以及投資大等缺點(diǎn)。造成海水入侵的主要原因，是由于掠奪性開(kāi)采，從而使該地區(qū)地下水水位長(zhǎng)期處于低于海平面幾米或十幾米的狀態(tài) 有的甚至是幾十米 。進(jìn)而以該井為中心， 形成了一個(gè)低于海平面的漏斗區(qū)。此時(shí)， 海水和淡水同時(shí)對(duì)該漏斗區(qū)進(jìn)行補(bǔ)給， 這樣就造成了該地區(qū)的海水入侵。如果此時(shí)淡水的補(bǔ)給量特別大， 補(bǔ)給速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水的補(bǔ)給速度。那么，該地接受海水污染的程度就輕，反之受海水污染的程度就重。所以，首先加強(qiáng)海水入侵的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)海水入侵的范圍做到心中有數(shù)。臨近海水入侵的地區(qū)，除人、畜飲用水外，嚴(yán)禁開(kāi)采地下水，盡量減小海水入侵面積的繼續(xù)擴(kuò)大。9 優(yōu)化水資源配置與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

11、該項(xiàng)措施采用系統(tǒng)工程方法。首先用層次分析模型!9?4模型分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展 目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的制約條件和解決辦法。第二步對(duì)水資源進(jìn)行綜合平衡計(jì)算 ,計(jì)算范圍以降雨量 、外來(lái)水量和地下水量做水源 ,在保證人畜生活用水和工業(yè)用水的前提下確定合理的農(nóng)業(yè)灌溉用水量 ,以此為基礎(chǔ)調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。第三步利用動(dòng)態(tài)仿真模型 （SD）模型進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整 在多次的計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算過(guò)程中,尋找合理 的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方案。確定經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)方向是增加耐鹽水果、林業(yè)、草食畜、保護(hù)栽培。立體種植和節(jié)水型企業(yè)項(xiàng)目?？梢赃_(dá)到涵養(yǎng)水源 ,避開(kāi)農(nóng)業(yè)用水高峰季節(jié) ,減少地表蒸發(fā) ,提高經(jīng)濟(jì)效益之目的。10建立層次分析模型模型共分四個(gè)層次

12、 第一層是治理措施的總效益 第二層是治理措施的經(jīng)濟(jì)生態(tài)社會(huì)三大效益。第三層是治理海水入侵影響到的產(chǎn)品,即 由品的變化獲得第一、二層的經(jīng)濟(jì)效益。第四層是措施層 ,即治理海水入侵采取的具體措施，其模型結(jié)構(gòu)如圖 。11節(jié)流措施節(jié)流措施旨在通過(guò)工程措施建立一個(gè)防滲體阻止海水向內(nèi)陸入侵 如水力防滲帷幕 即水力帷幕截滲墻氣體防滲墻等為了防止海水入侵在咸淡水界面的淡水一側(cè)打一排水井 用注水抬高局部水位形成水力屏障 或在咸水一側(cè)用抽水形成水位低谷以防止海水入侵 即水力帷幕 可分為注水帷幕 抽水帷幕和兩者結(jié)合的抽注水帷幕 通過(guò)對(duì)水力帷幕防治海水入侵的過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬 結(jié)果表明注水帷幕和抽水帷幕都可以有效防治海水

13、入侵 其中 抽水帷幕適用于缺乏足夠用于地下水回灌淡水的地區(qū) 注水帷幕適用于擁有足夠用于地下水回灌淡水的地區(qū)截滲墻是指在含水層下游修建一條弱透水或不透水的地下壩體來(lái)攔截流向海洋的地下徑流 既能防止地下水的流失又能阻止海水向內(nèi)陸的入侵同時(shí)也加大了上游地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)氣體防滲墻目前還只是一個(gè)設(shè)想 沒(méi)有應(yīng)用實(shí)例其依據(jù)是向含水層注入空氣后 會(huì)在充氣孔附近或四周形成人工的非飽和帶或包氣帶 ，包氣帶中滲透系數(shù)，隨含水率降低 當(dāng)含水率低到一定值就會(huì)形成一道空氣墻 從而阻止海水的入侵及淡水向海洋的滲流。12 采用行政法律手段 對(duì)境內(nèi)的禁止開(kāi)采區(qū)限制開(kāi)采區(qū)進(jìn)行了明確的劃定 對(duì)超采區(qū)內(nèi)的公共供水和自備水源按水資源費(fèi)

14、征收標(biāo)準(zhǔn)的兩倍征收 嚴(yán)格落實(shí)取水許可管理制度 控制高耗水 重污染項(xiàng)目上馬強(qiáng)化水行政監(jiān)管職能 加強(qiáng)水行政執(zhí)法隊(duì)伍建設(shè) 執(zhí)法力度不斷加強(qiáng) 對(duì)拖欠水資源費(fèi) 違法取水行為的查處力度不斷加大 ，使取用水秩序得到不斷規(guī)范。13 海水人侵的預(yù)報(bào)目前 ,絕大多數(shù)海水入侵研究是在發(fā)生嚴(yán)重海水入侵危害地區(qū)開(kāi)展的 。在我國(guó) ,隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 ,目前除在部分濱海城市和地區(qū)遭受到較嚴(yán)重的海水入侵危害外 ,絕大多數(shù)濱海地區(qū)和海島都存在著海水入侵的勢(shì)頭 ,或者已經(jīng)遭受到輕度的海水入侵危害。鑒于海水入侵一旦發(fā)生即將造成難以治理的環(huán)境危害 ,因此 ,應(yīng)進(jìn)行超前的為防止海水入侵為主要 目的的預(yù)報(bào)模型研究 ,分不同的自然和人為活動(dòng)條件下 ,咸淡水過(guò)渡帶的變化與運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ,以達(dá)到防止和減輕海水入侵危害的 目的 。在這種條件下 ,由于海水入侵范圍有限 ,不易選用咸水中的天然示蹤劑 例如氯離子 進(jìn)行模擬求解彌散度 ,若設(shè)計(jì)專門的彌散試驗(yàn)又遇到彌散度尺度效應(yīng)的困擾 。分形理論是解決水動(dòng)力彌散尺度效應(yīng)問(wèn)題及參數(shù)估算的一種有益嘗試 。此外 ,濱海地區(qū)地下水與地表水聯(lián)合調(diào)度模型 、微咸水與淡水綜合利用 、近岸抽水井動(dòng)態(tài)優(yōu)化開(kāi)采方案設(shè)計(jì) ,以及結(jié)合多媒體技術(shù)的海水入侵模擬 、預(yù)報(bào)與管理軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等 ,也是海水入侵研究在 目前和今后一段時(shí)