1.1.1海水入侵研究的现实意义
海水入侵在全球范围内的普遍性,引发相关国家积极开展研究与治理。最早提出滨海地区咸淡水界面理论的是荷兰人Ghyben和德国人Herzberg,他们分别于1889年和1901年独立提出了著名的计算地下淡水一海水交界面的Ghyben-Herzbeg公式。
至今海水入侵研究已有百年历史,经历了静力学、渗流动力学和渗流一弥散动力学等研究阶段,从原来单纯地对咸淡水界面模型的模拟,发展到包括海水入侵的基本理论、数值模型、水文地球化学和环境同位素研究和调查方法、防治和减缓对策、生态影响等多个方面。
在近20年的时问里,我国在海水入侵研究各个方面均取得了重大进展,已经从单一问题的研究趋向于综合性研究,从简单的定性调查走向定量化和模型化。但在几个方面的研究仍有待加强:
(1)海水入侵过渡带模型多数是剖面二维模型,三维模型较少;三维模型中垂向上分层较少;模型中对参数、尤其是弥散度的选取缺乏讨论;咸淡水界面虽考虑了过渡带,但综合考虑密度、水头、浓度相互作用下的三维模型较少。
(2)在滨海地区,由于地下水位的潮汐波动,传统的抽水试验求参效果不好,因此如何更加合理地直接利用水位潮汐动态求参是值得研究的方向。
(3)海水入侵过程中伴随着一系列的物理、化学过程,对这一过程的物质循环还需加强研究。
(4)海水入侵研究多是在发生严重海水入侵危害的地区开展,应加强对海水入侵的超前研究和预报工作,分析在不同的人为活动条件下,咸淡水界面的变化和运移规律,以达到防止和减轻海水入侵的目的。
在秦皇岛洋戴河平原,水文地质勘查工作程度相对较高,水文孔和地质孔资料丰富,对较真实地恢复研究区三维地层结构、尝试建立三维数值模型非常有帮助。用三维数值模型,可以对本地区海水入侵进行模拟预测。
秦皇岛地区地形地貌类型较多,查清秦皇岛地区海水入侵的类型,分析不同地貌单元海水入侵的作用方式、通道、成因,可与环渤海其他地区海水入侵问题进行对比。
利用洋戴河平原区水文观测井较多的优势,可用示踪剂完成弥散度尺度效应实验,正确分析海水入侵过程中的弥散作用。
对照莱州湾海水入侵过程中水.岩作用过程,本书采用多指标综合评判法判断海水入侵的程度,系统开展了本地区的海水入侵调查与研究,在海水研究方法、数值模拟方面,取得了一些成果。
秦皇岛市是我国重要的旅游城市,拥有丰富的旅游资源,其中秦皇岛市洋戴河平原就有北戴河、南戴河、黄金海岸等多处旅游景点。洋戴河平原自20世纪60年代就担负着北戴河疗养院的供水任务。20世纪80年代以来,秦皇岛沿海经济高速发展、人口急剧增加,地下水的开采量逐年增大,地下水降落漏斗中心水位不断下降,漏斗面积不断扩大,区内原有的咸淡水平衡被彻底打破,致使咸淡水界面持续地向内陆方向纵深发展。随着海水入侵的发生发展,秦皇岛洋戴河平原区的水质开始恶化,土壤盐碱化,大量的抽水井报废,取水成本逐年上升。海水入侵引发的环境地质问题给工业、农业、建筑业、交通业及水利等相关产业和部门都造成了一定的经济损失。尤其是水资源前景问题,关系着整个洋戴河平原的发展。因此,查清本地区海水入侵的发展过程和演变趋势,分析其运移机理和规律,科学合理地提出海水入侵的防治方案,已经成为滨海地区经济良性发展的迫切要求。I.1.2秦皇岛海水人侵问题研究基础
秦皇岛市洋戴河平原属于山前冲洪积平和滨海平原,在天然状态下,海水与地下淡水之间有较宽的过渡带,地下水与海水之间的咸淡水界面处于动态平衡。到20世纪70年代后期,滨海地区地下水开采量不断加大,加之连续干旱气候,形成了多处低于平均海平面的地下水位负值区,在反向水力坡度作用下,海水侵入到地下水原来占有的空间,形成矿化度高的咸水,使滨海地下水资源、生态环境遭受严重破坏,给社会经济带来很大损失。
据洋戴河平原区水化学监测资料,20世纪70年代初,个别水井开始微咸化,显现出海水入侵迹象,80年代初期以来,海水入侵活动迅速发展。洋戴河平原的枣园水源地供水井中氯离子含量从1963年的90mg/L、1975年的218m/L、1986年的456.3mg/L、1995年的459.5mg/L、2000年的928.3mg/L到2002年的1367m/L,水化学类型为C1.Na型。90年代以来,由于各部门对海水入侵问题的重视,对不合理的开采进行了限制,海水入侵速率有所减缓,处于波动中略有发展的状态。
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