渤海萊州灣海洋環(huán)境中的海水入侵類型研究

渤海萊州灣海洋環(huán)境中的海水入侵類型研究

沿海地區(qū)的海水入侵是一種自然現(xiàn)象。就其成因和時(shí)空分布論,有地質(zhì)歷史時(shí)期因海平面自然升高形成的,歷時(shí)千萬(wàn)年計(jì)的海侵事件:有因瞬時(shí)風(fēng)暴潮增水造成的海水入侵;也有因人為作用誘發(fā)的海水入侵活動(dòng)。通常所說的海水入侵災(zāi)害,一般指發(fā)生在現(xiàn)代對(duì)沿海人類活動(dòng)造成危害的海水入侵活動(dòng),它既有風(fēng)暴潮增水侵襲形成的直接危害,也含有海水侵入陸區(qū)后,滲入地下巖層中污染淡水資源的災(zāi)害,屬于廣義的海水入侵。地下咸水入侵,主要是人為超采地下淡水或地質(zhì)工程活動(dòng),破壞了濱海平原區(qū)域地下水力系統(tǒng)平衡,導(dǎo)致地下咸水內(nèi)侵、浸染地下淡水資源的災(zāi)害。影響咸水入侵的因素,包括海洋水文環(huán)境變化、氣候變化、海岸地貌基礎(chǔ)及水文地質(zhì)環(huán)境等自然因素,和水資源利用及其管理人為因素等多種自然的和人為的作用過程。渤海萊州灣海岸地貌,劃分為南岸濱海平原海岸和東岸港灣海岸兩大類型區(qū)。本區(qū)普遍發(fā)生的海水入侵活動(dòng),由于各個(gè)岸段地質(zhì)地貌基礎(chǔ)和水文地質(zhì)環(huán)境條件差異,入侵物源、入侵方式、入侵機(jī)制及浸染區(qū)地理分布不同,形成不同的入侵類型區(qū)。識(shí)別和劃分入侵區(qū)類型,是海水入侵研究的基本內(nèi)容之一,將為海水入侵成因研究和制定災(zāi)害防治對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。1典型海水入侵區(qū)域的分布特征1.1第四系引導(dǎo)沉積層萊州市北部海岸西起虎頭崖,東至石虎咀,為港灣海岸類型的沙質(zhì)堆積岸。濱海低地由多個(gè)小型砂壩-瀉湖堆積體連接而成,呈狹窄條帶狀延伸,一般寬度為1000～3000m。第四系松散沉積層厚度僅有10～20m。濱海地帶第四系沉積層中埋藏有小片的咸水體。沿岸有4條微型河流入海,河口區(qū)狹小,高潮時(shí)有少量海水灌入。本區(qū)海水入侵物源主要來自河口區(qū)現(xiàn)代海水倒灌。浸染區(qū)分布于濱海低地,沿海岸呈條帶狀展布。地下水C1-濃度等值線顯示,在西由與過西-朱由沿海有兩塊高值區(qū),以斑塊狀為特征,位于王河和蘇郭河口區(qū)。過西高值區(qū)還可能與東方鹽場(chǎng)人工引用海水鹽田水滲漏有關(guān)(圖1)。1.2海水、地下鹽水入侵區(qū)膠萊河-沙河河口平原,位于萊州灣濱海平原東端,是以海陸相交互沉積物組成的小平原。第四系沉積層厚度為20～100m,沉積層中含有高礦化度地下鹵水和咸水體。平原兩側(cè)分別有沙河及膠萊河入海。沙河河口區(qū)狹小且短,有少量海水灌入;膠萊河河口區(qū)較寬展伸長(zhǎng),海水可以順沿河谷上溯到平度市新河擋潮閘處,建閘前特高潮時(shí)海水可倒灌到新河以南河段。在萊州市土山及沙河河口,咸水入侵區(qū)呈條帶狀分布于平原內(nèi)側(cè),向東越過河口區(qū)達(dá)海岸邊;在膠萊河河谷兩側(cè),入侵區(qū)從新河鎮(zhèn)向南可達(dá)平度市官莊鄉(xiāng)境內(nèi)。萊州市境內(nèi)咸水入侵污染井水,通過C,H,O同位素測(cè)定,土山南部為地下咸水、鹵水侵染區(qū),沙河河口為海水侵染為主,故將土山及沙河口侵染區(qū)定為海水及地下咸水混合入侵區(qū)。新河入侵區(qū)分布特點(diǎn)顯示出淺層以海水順河谷倒灌入侵方式為主,但在這里地下鹵水分布于新河鎮(zhèn)以北苗家、常家和海滄一帶,又賦存于淺層埋藏黃土層以下,地下鹵水及地下咸水以隱藏方式侵入新河鎮(zhèn)北部深層淡水區(qū)(圖2、圖3)。1.3配方及地下水入侵昌北平原是萊州灣濱海平原的中部岸段。濱海地帶地下鹵水分布區(qū)寬度在10～20km,區(qū)內(nèi)有萊州灣南岸最大的入海河流——濰河,河谷較寬,河口區(qū)海水倒灌影響下游段20km以上范圍。濰河又有兩條較大的古河道分布于昌邑-龍池和柳疃-青鄉(xiāng)一帶,大部分殘留遺跡保存在地表或處于淺層埋藏。咸水入侵區(qū)主要分布在濰河兩岸柳疃和東地區(qū),向西至馬渠、向東到卜莊一帶。又據(jù)1993年柳疃、馬渠地區(qū)物探及鉆探資料,東付村井咸水層分布于深12～14m層位,咸水層上下為淡水或微咸水層;村東500m的物探剖面揭示,深0～12m及30m以下為咸水層,中間夾有淡水或微咸水層。證明近濰河谷地上層入侵物源來自濰河倒灌海水,在東付村西部地下咸水、鹵水是主要入侵物源。馬渠鄉(xiāng)樓子村西部來自地下咸水的入侵,使淡水全部受到侵染,村東部為淡水或微咸水,僅局部受到浸染。柳疃附近侵染源來自海水和地下咸水,馬渠、樓子一帶則為地下咸水入侵浸染區(qū)。濰河和它的古河道在入侵過程中成為主要入侵通道。本區(qū)海岸又是風(fēng)暴潮侵襲的岸段,但由于沿海有寬廣的地下咸水、鹵水帶相隔,潮水一般不能直接侵入到內(nèi)陸淡水區(qū)(圖4)。1.4地下結(jié)構(gòu)及地下水環(huán)境特征平原面積寬闊,第四系沉積層深厚,一般為200～300m。第四紀(jì)水文地質(zhì)環(huán)境分帶性受第四紀(jì)沉積環(huán)境控制,從陸區(qū)到海岸為淡水區(qū)帶、咸水區(qū)帶、鹵水區(qū)帶依次排列。濱海地帶高礦化度地下鹵水分布區(qū)寬度達(dá)20～30km,鹵水層埋深從地表起至深80m。鹵水區(qū)外側(cè)的咸水區(qū)帶寬度也有8～10km,咸水層厚達(dá)100m以上。本區(qū)段有季節(jié)性的彌河入海,幾乎常年無(wú)逕流,老河口位于羊口鹽場(chǎng)外灘,新河口與白浪河合二為一,河口區(qū)均狹小,海水倒灌僅局限于尾閭河段(圖5)。壽北平原地下咸水入侵浸染區(qū)分布于平原中部,以咸淡水混合帶形態(tài)東西向延伸于北部咸水區(qū)與南部淡水區(qū)之間,侵染帶寬度一般為2.5～3.0km。侵染咸水體呈楔狀插入淡水含水層中,下部咸淡水界面埋深已達(dá)50～70m。咸水入侵的地面表征是咸淡水界線不斷向淡水區(qū)遷移;咸淡水混合帶分布距現(xiàn)代海岸30km以上,無(wú)論是風(fēng)暴潮增水或河口海水倒灌,均不能侵入到這里。入侵物源來自地下咸水及地下鹵水,并已得到地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)證實(shí)。所以,本區(qū)段屬于典型地下咸水入侵區(qū)(圖6)。2海水入侵區(qū)及其物源上述4個(gè)岸段3種典型入侵類型區(qū)——海水入侵區(qū)、海水及地下咸水混合入侵區(qū)和地下咸水入侵區(qū)的發(fā)育條件,基本差異是海岸地貌基礎(chǔ)和水文地質(zhì)環(huán)境不同。萊州市北部沿海為港灣海岸類型區(qū),濱海地帶只有幾千米寬的堆積低地,第四系沉積層淺薄,沉積層中幾乎不存在高礦化度地下咸水或鹵水;沿海入海河流為季節(jié)性小河,河口區(qū)狹小,河口區(qū)倒灌海水只能侵入尾閭段。這里風(fēng)暴潮增水侵入除淹沒濱海低地外,順河口侵入的海水,通過河谷兩側(cè)的松散沉積層得以有限的擴(kuò)散,造成對(duì)淡水體的浸染作用,所以本岸段是萊州灣沿海典型海水入侵區(qū)。萊州市土山至昌邑縣柳疃之間的岸段,為萊州灣濱海平原海岸,濱海低地區(qū)較寬廣,第四系沉積層厚度大,分布有大面積的高礦化度地下咸水和鹵水埋藏體;又有膠萊河和濰河兩條較大的入海河流,河口區(qū)較寬、長(zhǎng),海水倒灌區(qū)影響范圍向內(nèi)陸達(dá)20km左右。所以本岸段在河谷兩側(cè)形成以海水入侵為主的大面積侵染區(qū),遠(yuǎn)離河谷的地區(qū)則為以地下咸水入侵為主的侵染區(qū),全區(qū)為海水與地下咸水混合入侵區(qū)。壽光北部平原完全不同于上述兩個(gè)岸段,是萊州灣濱海平原的中西部區(qū),為濱海平原海岸。低地平原寬闊,第四系沉積層厚度在200m以上,其中賦存有厚60～100m以上的地下咸水及鹵水體,形成寬30km以上的地下咸水、鹵水區(qū)帶,分布于濱海地帶。本岸段無(wú)較大入海河流,狹窄河口區(qū)的海水倒灌影響區(qū)很小,特大風(fēng)暴增水也難以將海水跨越地下咸水帶推進(jìn)到內(nèi)陸淡水區(qū);海水入侵物源幾乎全部來自埋藏古海水——地下咸水及鹵水層,成為典型地下咸水入侵類型區(qū)。高濃度地下鹵水入侵是萊州灣南岸特殊類型,造災(zāi)程度大。3萊州灣南岸海水入侵類型區(qū)分類3.1入侵物源類型的識(shí)別—區(qū)劃原則及識(shí)別標(biāo)志在考慮濱海平原海水入侵類型區(qū)區(qū)劃時(shí),從上述幾個(gè)典型實(shí)例分析看,首先需評(píng)價(jià)入侵區(qū)區(qū)域地質(zhì)地貌基礎(chǔ)和水文地質(zhì)環(huán)境。重要的是:本區(qū)屬于哪一種海岸地貌類型區(qū),入海河流河口區(qū)發(fā)育特征;其次是水文地質(zhì)環(huán)境,主要是第四系沉積地層及其地質(zhì)結(jié)構(gòu),是否生存有高礦化度地下咸水及鹵水體;近海海洋水文狀況也是必要的環(huán)境因素。如昌北平原與壽北平原,同樣屬濱海平原海岸區(qū),地質(zhì)基礎(chǔ)和水文地質(zhì)及海洋水文環(huán)境相似,但兩區(qū)入海河流發(fā)育差異大,海水入侵類型則不同。識(shí)別不同入侵類型區(qū)的主要標(biāo)志是入侵物源和入侵方式。盡管濱海平原埋藏地下鹵水和咸水是由古海水在地質(zhì)歷史時(shí)期演化而來,具有與海水相似的基本化學(xué)特征,但由于地下鹵水及咸水在埋藏過程中經(jīng)歷過某種程度的水化學(xué)變質(zhì)作用,一些化學(xué)成份與海水有一定差異,特別是微量元素或某些元素的同位素差別更大。因此,通過化學(xué)分析方法,可以識(shí)別被浸染的水質(zhì)特點(diǎn),由此可以識(shí)別入侵物源。入侵方式是認(rèn)識(shí)入侵類型的一項(xiàng)輔助標(biāo)志,主要通過入侵通道的分析確定入侵咸水來自何方。例如昌邑縣柳疃地下水含水層結(jié)構(gòu)和埋藏古河道的存在,顯示出柳疃西部馬渠、樓子一帶地下咸水入侵特征。相反,東付村以東地區(qū),淺層咸水與濰河河谷沉積沙層有連通關(guān)系,即可識(shí)別這里的入侵物源必然與濰河河谷倒灌海水有關(guān)。平度新河地區(qū)淺層埋藏黃土作為良好隔水層,阻擋著河谷倒灌海水向深層的入侵,黃土層以下的侵染物源只能來源于地下咸水區(qū)。區(qū)劃通常還應(yīng)考慮區(qū)域性原則。如沙河-膠萊河口平原,處于兩條入海河流之間區(qū)段,形成為獨(dú)立的小區(qū)域環(huán)境。盡管在河谷附近為海水入侵區(qū),兩條河谷之間的土山區(qū)段以地下咸水入侵為主,同時(shí)受兩側(cè)河谷地帶海水入侵影響,但在做區(qū)劃時(shí)仍將它們一起視為海水及地下咸水混合水入侵類型區(qū)。雖然沙河口海水入侵段東側(cè)與萊州市北部沿海海水入侵區(qū)相近,但因兩區(qū)之間有虎頭崖基巖岸相隔,也不能作為統(tǒng)一的海水入侵區(qū)并為一區(qū)。3.2入侵類型劃分萊州灣南岸海水入侵區(qū)東起萊州,西至壽光境內(nèi),西部邊界是小清河,形成東西長(zhǎng)約150km的入侵帶,浸染面積在300km2以上。在分析全區(qū)已獲得的研究成果之后,劃分出港灣海岸海水入侵類型區(qū)、濱海平原海岸地下咸水入侵類型區(qū)和海水、地下咸水混合入侵類型區(qū)3種基本類型區(qū)。以此為依據(jù),將全區(qū)進(jìn)行入侵類型區(qū)劃,劃分出4個(gè)不同類型入侵區(qū),其地理分布(圖7)如下:Ⅰ.萊州灣北部海岸海水入侵區(qū);Ⅱ.沙河-膠萊河河口平原海水及地下咸水混合入侵區(qū);Ⅲ.昌北濰河河口平原海水及地下咸水混合入侵區(qū);Ⅳ.濰北、壽北平原海岸地下咸水入侵區(qū)。Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)入侵類型相同,且地域相連,因Ⅱ區(qū)地理環(huán)境特殊,應(yīng)單獨(dú)分區(qū)。Ⅲ區(qū)與Ⅳ區(qū)分區(qū)界線劃定在白浪河