秦皇岛市海水入侵现状及防治对策研究

第２３卷第４期　２０１３年８月　中国环境管理干部学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＥＭＣＣ　Ｖ０１．２３　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１３　１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００８—８１３Ｘ．２０１３．０４．００９　秦皇岛市海水入侵现状及防治对策研究　郑立辉　（东北石油大学秦皇岛分校石油与化学工程系，河北秦皇岛０６６００４）　摘要：海水入侵是一种严重的地质灾害，它可引起机井报废、土壤盐渍化、地下管线腐蚀　等一系列生态环境问题。秦皇岛市自２０世纪８Ｏ年代开始，在沿海的石河、汤河、洋河、戴　河等入海口以及昌黎县、抚宁县灌区，先后发生了海水入侵现象，且有范围越来越广、程度　越来越重的趋势，给当地工农业生产带来了巨大影响。通过分析秦皇岛市海水入侵的原因，　提出修建沿海防护工程是治理海水入侵的有效措施，合理开采地下水、节约用水、进行污水　和雨水资源化、海水淡化等减少淡水开采或补充地下淡水层是解决海水入侵的根本措施。　关键词：秦皇岛；海水入侵；现状；沿海防护工程；雨水资源化；污水资源化；海水淡化　中图分类号：Ｘ１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—８１３Ｘ（２０１３）０４—００３０—０４　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｓｅａｗａｔｅｒ　Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　Ｒｅｇｉｏｎ　Ｚｈｅｎｇ　Ｌｉｈｕｉ　（Ｐｅｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，　Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｈｅｂｅｉ　０６６００４，Ｃｈｉｎａ）　Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅａｗａｔｅｒ　ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｄｉｓａｓｔｅｒ，ｋ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｅｃｏｌｏｇ－　ｉｃａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｗｅｌｌｓ　ａｂａｎｄｏｎｅｄ，ｓｏｉｌ　ｓａｌｉｎｉｚｅｄ，ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｃｏｒｒｕｐｔｅｄ．Ｓｅａｗａｔｅｒ　ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ　ＯＣ－　ｃｕｒｒｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅ　１　９８０ｓ　ｉｎ　Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅｓｔｕａｒｙ　ｏｆ　Ｓｈｉ　Ｒｉｖｅｒ，Ｔａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ，Ｙａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　ａｎｄ　Ｄａｉ　Ｒｉｖｅｒ，ａｌｓｏ　ａｔ　ｔｈｅ　ｉｒｒｉｇａｔｅｄ　ａｒｅａ　ｉｎ　Ｃｈａｎｇｌｉ　ａｎｄ　Ｆｕｎｉｎｇ　ｃｏｕｎｔｙ．Ｔｈｅ　ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｎｄ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｇｏｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｅａｗａｔｅｒ　ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ　ｉｓ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ｔｈｅ　ｃｏａｓｔｌ　ｐｒａｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｉｓ　ｔｏ　ｒｅｓｔｉｃｔｒ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｉｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒｅｓｈ－　ｗａｔｅｒ，ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｓｅｗａｇｅ　ａｎｄ　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ，ｔｈｅ　ｓｅａｗａｔｅｒ　ｄｅｓａｌｉｎａｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅａｗａｔｅｒ　ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ；ｓｅａｗａｔｅｒ　ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ；ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ；ｃｏａｓｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ；ｓｅｗａｇｅ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ；ｓｅａｗａｔｅｒ　ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ　秦皇岛是我国著名的沿海旅游城市，北部为　低缓丘陵，丘陵与渤海之　间为平原。秦皇岛市沿　海地区位于市境东南部，　海岸线呈ＮＮＥ向伸延，　收稿日期：２０１３—０６—０７　长１６２．７　ｋｍ，且多为砂质海岸，地下水与海水交　换通道较多。境内较大的沿海河流如石河、汤　河、戴河、洋河等都汇人渤海。随着秦皇岛市经　基金项目：秦皇岛市社会科学联合会２０１３年重点应用性研究立项课题镰皇岛市饮用水安全保障体系的构建》（２０１３０６１３３）　作者简介：郑立辉（１９８０一），男，河北省石家庄人，毕业于燕山大学环境工程专业，硕士研究生，讲师，主要从事水污染控制方　面的教学和研究工作。　２０１３年第４期　郑立辉秦皇岛市海水入侵现状及防治对策研究　３１　济建设的快速发展，水资源的需求量也与日俱　增。自２Ｏ世纪８０年代以来，河流径流量减少、超　量开采地下水等导致在一些河流人海口和农业灌　区出现了海水入侵现象，并引发了土壤盐渍化、　地下输水管线腐蚀、生态环境破坏等一系列问　题，给工农业生产带来了巨大损失。尽管１９８９年　口入侵区；　（３）在城市建设中开挖基坑，或疏　通航道过程中，人为破坏淡水与海水过度界面，　在楔形界面上形成开口，致使海水或咸水进入淡　水层，这一机理主要发生在海港区入侵区。　１．２秦皇岛海水人侵现状　秦皇岛市海水入侵主要发生在沿海各地・，如　开始进行引青济秦工程，但秦皇岛整体还处于缺　石河、汤河、洋河、戴河等人海口以及抚宁县、　水状态，人均水资源５９７　ｔ，是全国平均水平的１／４。　而且随着近１０年来降水量的逐年减少，缺水越来　越严重，对地下水的依赖程度也越大。大量抽取　地下水，造成局部地区地下水量人不敷出，海水　人侵有进一步加剧的趋势，因此，采取有效措施　治理海水入侵势在必行。　１秦皇岛市海水入侵机理和现状　１．１海水入侵机理　海水人侵是滨海地区常见的一种自然地质灾　害，它主要是在自然或人为因素的影响下，使滨　海地带淡水与海水之间的平衡状态发生变化，导　致海水或与淡水有直接动力联系的高矿化度的地　下水沿含水层向内陆方向侵人，咸淡水界面不断　向陆地推进，使地下淡水资源不断遭受破坏的过　程与现象【”。它的形成与区域地形地貌、气象水　文、岩土体及地质构造特征、水文地质等自然条　件紧密相连，沿海地区陆地与海底相连的第四纪　松散沉积物及构造、破碎带是海水入侵内陆地下　含水层的通道，是导致海水入侵的基本原因，但　人为在河流上建设水利工程，大量开采地下水从　而打破海水与淡水的平衡，是产生海水人侵的主　要因素。　秦皇岛市沿海地区为第四纪堆积平原，透水　能力强，地下淡水和海水之间缺乏稳定的隔水　层，绝大部分具有海水入侵的水文地质条件，较　容易受到海水入侵；同时海水位于淡水层之下，　自海面向陆地呈下楔形与淡水层连接，在海水和　淡水之间形成一个平衡的过渡带，这个平衡过渡　带可以阻止海水人侵，然而这种平衡一旦被打破，　海水和淡水界面就要移动，以建立新的平衡　。　经分析，秦皇岛市海水人侵机理主要有以下几　点：　（１）大量开采地下水，淡水层压力降低，　淡水与咸水界面平衡破坏，在海水压力作用下，　楔形界面向陆地延伸，形成海水人侵，这一机理　主要发生在洋戴河平原入侵区；　（２）河口流量　减少，使河口淡水层压力降低，导致河水与海水　混合界面向陆地延伸，这一过程主要发生在各河　昌黎县灌区。根据不同地貌单元和水文地质单　元，将秦皇岛沿海地区海水入侵划分为昌黎滦河　滨海平原区、洋戴河平原区、北戴河新河区、海　港区、汤河至石河区５个区域。其中洋戴河区海　水入侵最为严重，危害也最大　。　洋戴河平原位于抚宁县和北戴河区。２０世纪　８０年代，随着当地造纸厂和农业用水需求的增　大，超量开采地下水，形成了以樊各庄、留守营　为中心的地下水位降落漏斗区，范围覆盖了洋戴　河平原部分地区，并有逐步扩大的趋势。２００２年　《秦皇岛市沿海地区海水入侵灾害研究》的调查　结果显示［５】：￣２００２年秦皇岛市海水入侵范围主　要是洋戴河平原，即西起人造河的抚宁县沟儿湾　村，向东北方向延伸至南李庄、西河南，过洋河　继续向东北方向到都寨，再折向东南经枣园、白　玉庄村北直到南戴河左岸，面积在４２．５～５６　ｋｍ２　之间。到２Ｏ０４年，大蒲河段、洋戴河段、海港区　南部、石河段海水入侵也越来越明显，全市海水　入侵面积达３４１．７４　ｋｍ　，其中仅昌黎海水入侵面　积就达１　１６．３２　ｋｍ　。￣２００８年，　《中国海洋环境　质量公报》显示问：抚宁县海水入侵断面海岸线　长度达１６．１ｌ　ｋｍ，重度入侵陆地深度达８．０８　ｋｍ，　轻度人侵陆地深度达１　２．５６　ｋｍ；昌黎县入侵断面　海岸线长度达１　１．４８　ｋｍ，轻度入侵陆地深度达　４．１２　ｋｍ。　《中国海洋环境质量公报》自２００８—　２０１２年连续报告显示：秦皇岛市海水入侵范围持　续增加，而且个别站位氯度明显升高，海水入侵　程度也有所增加，说明秦皇岛市海水入侵仍有加　重趋势。表１和表２分别为２００５—２００８年秦皇岛市　主要海水入侵区段面积统计表同和２００８—２０１２年　秦皇岛主要海水人侵区海水人侵深度统计表。　表１　２００５—２００８年秦皇岛沿海海水入侵面积统计ｋｍ　３２　生态文明　中国环境管理干部学院学报　２０１３年８月　表２　２００８—２０１２年秦皇岛市主要海水入侵区入侵深度统计　２海水入侵原因分析　２．１超量开采地下水　２Ｏ世纪８０年代初期，国家实现改革开放，秦　皇岛市经济大规模发展，建立了一些大企业，如　在洋戴河平原区抚宁段建立了许多大型造纸厂。　经济的飞速发展，自然带动了用水量的急剧上　升，再加上降雨量和地表径流减少，在许多地区　打了许多机井，各企业也纷纷打自备井，这种大　规模无序的地下水开采，造成许多地区出现了地　下漏斗区，减弱了陆地淡水层压力，破坏了滨海　平原区海淡水之间的天然平衡状态【８Ｉ９１，使海水淡　水界面不断向内陆推进，形成了海水入侵。当海　水入侵边界接近漏斗区后，其发展速度更快，使　一些机井出水氯离子浓度超标㈣，水质变咸，最　终报废，人们又在报废井内陆方向选择新址打　井。如此恶性循环，机井距海越来越远，井越打　越深，机井群整体内迁，从而使海水淡水界面也　向内陆方向发展，海水入侵边界线也随之向内陆　推进。　２．２大型水利设施的修建　２０世纪６０年代，为发展农业灌溉，预防洪涝　灾害，在主要人海河流上相继建立了石河水库、　洋河水库等。水库建成后，其下游径流量剧减，　有资料显示２０世纪６０年代全市河流人海量为３．３ｌ　亿ｍ　，Ｎ８ｏ年代后降至１．２亿ｍ　，部分河流如洋　河甚至出现了断流。这种情况下，在涨潮时海水　就逆河道而上，侵入内陆，使淡水和海水层界面　移向内陆，形成河口海水入侵。　２．３气候干旱减少了地下水的补给　对秦皇岛市１９５５—２００５共５１年间降水材料的　分析显示【　”，秦皇岛市降水量自２０世纪８０年代开　始至今为枯水期，且呈逐步减少的趋势，２００５年　平均降雨比１９５５年减少了１８．３％，而且整个地区　降水明显时空不均，南部沿海区降雨减小幅度大　于北部山区，而且８０％的降雨集中在每年７月、８　月份的汛期，使许多雨水沿地表流人大海，这就　更加剧了地表径流对地下水补给的减少幅度，从　而使地下水得不到及时补充，加速了地下漏斗的　形成和扩张，使海水入侵状况更加恶化。　２．４陆地海水养殖　为更快地发展经济，昌黎沿海附近的一些渔　民人工引海水到陆地，发展陆上海水养殖业。一　方面在工程施工过程中会人为破坏海水淡水界　面，使海水侵入淡水层，影响淡水层水质；另一　方面在淡水层上人为引入海水，海水的下渗也会　破坏淡水层水质，产生人为的海水入侵。　２．５城市现代化建设　近年来随着秦皇岛市大规模进行城市现代化　建设，路面被硬化【埘，这样就使大部分降雨不能　下渗，形成地表径流，从而不能补充地下水，在　本来就干旱的气候下，更减少了降雨对地下淡水　层的补给，从而更进一步加剧了地下漏斗的深　度，为海水入侵创造了有利条件。同时在工程建　设中，基坑的开挖和挖砂取土，一方面会破坏海　水淡水界面；另一方面，挖沙取土会给海水入侵　提供通道，较典型的例子就是卸粮口村。村民在　距海岸不到２　ｋｍ处挖砂取土，形成了多处５～７　ｍ　的砂坑，到２０世纪９０年代，卸粮口村地下水水质　开始恶化，１９９８年Ｃｌ一含量高达７　５８５　ｍｇ／Ｌ，超过　２５０　ｍｇ／Ｌ的面积达８　ｋｍ　之多。　３海水入侵的预防对策　海水入侵一方面会使处于海水入侵区域内的　机井报废，产生直接经济损失；另一方面会使地　下淡水水质变坏，直接影响人们的正常生活。更　为严重的是，海水入侵会产生土壤盐渍化，影响　农业生产和生态平衡，因此采取合理措施对海水　入侵进行防治和治理势在必行。　３．１科学管理，合理开采地下水，建立多水源　渠道　海水入侵最主要是由过量开采地下水形成地　下漏斗所致。因此必须科学管理、统一规划，制　定合理的地下水开发方案，划定禁采区、限采　区，确定地下水开采的阀值和水位降深阀值。　控制海水入侵，首先要控制地下水开采。但　城市发展对水资源的需求越来越多，有资料显　ｔ３　１：２００７年秦皇岛市总需水量为９．７８亿ｍ。，到　２０２０年预计总需水量将达到１２．０７亿ｍ　。而秦皇　岛市水资源８０％为本地水，外地水源较少，因此　除了在市民中倡导节约用水外，建立多水源渠道　对解决秦皇岛水资源需求起着重要作用，如用海　水代替自来水作为工业冷却和清洗用水，可大大　２０１３年第４期　郑立辉秦皇岛市海水入侵现状及防治对策研究　３３　节约淡水用量，从而缓解城市淡水资源需求的紧　张状况。如秦皇岛市热电厂、华瀛磷酸有限公司　等企业用海水作工业冷却水，年利用海水５．４亿ｔ，　节约了淡水资源近４　０００万ｔ，对缓解城市水资源　４结论　秦皇岛沿海地质结构决定了秦皇岛沿海各地　极易受到海水入侵的影响。当地降水的持续减少　和对地下水的超量开采，产生了地下漏斗和海水　需求起到了示范作用。　３．２加大雨水蓄积力度，利用雨水补给地下水　对秦皇岛市降水情况的统计表明㈣，近１０年　来秦皇岛市的降水８０％集中在７、８月份，大量雨　入侵问题，不仅造成了巨大的直接经济损失，而　且还给当地人们生产和生活带来了巨大影响，对当　地生态环境产生了巨大破坏。但城市的快速发展对　水资源的需求也越来越多，因此一方面应通过修建　水直接流人大海，造成了水资源的浪费。因此可　进行雨污分流，对雨水进行收集储存，然后回灌到　淡水层，从而减小地下漏斗，缓解海水入侵程度。　使雨水回灌地下淡水层，一方面可以在硬化　路面采用透水材料，减小雨水径流系数，加大渗透　量；另一方面可以通过建立雨水调节池和渗流井，　将雨水进行储存，通过渗流井回灌到淡水层。　３－３进行沿海工程建设　在沿海进行防护工程建设是治理海水入侵最　为有效的手段之一，主要包括修建河口防潮坝、　沿岸地下水库和注水井帷幕旧等。沿海防护工程　的修建可以保证海陆交界处海水和淡水压力平　衡，从而阻止海水入侵，如洋戴河平原，在洋河　口、戴河口采用橡胶坝工程阻止海水人侵，取得　了较好的效果。在秦皇岛“六河”治理工程中，　在汤河等河流人海口修建的橡胶坝也对阻止海水　入侵起到了积极作用。　３．４进行污水资源化和海水淡化，补给淡水层　污水资源化和海水淡化可以极大地丰富秦皇　岛市淡水资源来源，减少地下水开采，是解决海　水入侵最为根本的措施。截至２０１０年底，秦皇岛　市已建成并运行的污水处理厂共９座，日处理污　水４５万ｔ，中水资源丰富。处理后的中水可用于　城镇绿化、冲洗厕所，并可供企业用于清扫车间　等，可极大地减少淡水用量。如秦皇岛港务集团　有限公司将自产污水和第四污水处理厂处理的污　水加工成中水，用于煤炭喷淋除尘以及绿化灌溉　等，实现了水资源的循环利用，每天回收使用的　中水约Ｏ．５万ｔ，效益明显。　同时秦皇岛市的三区四县中只有两个县没有　临海，海水资源丰富。若能建设海水淡化工程，　不仅可以缓解本地对淡水资源的需求，而且还可　以从根本上使海水入侵问题得到解决。　沿海工程治理海水入侵，另一方面通过节约用水、　污水资源化、雨水回灌、海水淡化等多种方式解决　淡水需求问题，从而满足城市发展对水资源的需　求，从根本上杜绝海水入侵问题的产生。　参考文献　［１】郭占荣，黄奕普．海水人侵问题研究综述［Ｊ】．水文，２００３，２３（３）：　１Ｏ一１５．９．　【２］唐心强，左风华，王虹，等．地下水位升降和抽水对海水楔影响　的实验研究『Ｊ］．安全与环境学报，２００８，８（１）：９２—９９．　［３】杨燕雄，高树勇，谢亚琼．秦皇岛市海水入侵灾害评价及防治　对策【Ｊ】冲国地质灾害与防治学报，２００８，１９（３）：１３９—１４３．　［４］章斌，宋献方，韩冬梅，等．运用数理统计和模糊数学评价秦皇　岛洋戴河平原的海水入侵程度『Ｊ］．地理科学，２０１３，３３（３）：　３４２—３４８．　【５］梁晓杰，刘红波，邢慧莹．河北省抚宁县南部沿海地区海水入　侵及防治措施ＩＪＪ．水利规划与设计，２０１０（５）：３Ｏ一３３．　［６】中国海洋环境质量公报［ＥＢ／ＯＬＩ．（２００９—０２—２０）．ｈｔｔｐ：Ｈｗｗｗ．ｃｏｉ．　ｇｏｖ．ｃｄｇｏｎｇｂａｏｈａｒｈｕａｎｊｉｎｄｎｒ２００８／２０１１０７Ａ２０１１０７２９＿１８７８６￣ｔｍ１．　【７］谢亚琼．秦皇岛海水入侵灾害动态研究［ｃ］，／河北省地矿局秦皇　岛矿产水文工程地质大２００９年度职工论文集，２０１０：１００—１０３．　［８】左文拮，杨燕雄，张征宇，等．基于ＧＩＳ的秦皇岛洋戴河平原地　下水均衡分析ＩＪ】．地下水，２００９，３１（３）：ｉ１－１４，４４．　【９］左文醅，杨燕雄，董军义．秦皇岛洋河一戴河沿海平原海水入侵　数值模拟分析【Ｊ１．自然资源学报，２００９，２４（１２）：２０８７—２０９５．　［１Ｏ】臧文学，刘文军，郭巨，等．河北省秦皇岛市海水入侵地质灾　害及其防治措施叨．中国地质灾害与防治学报，２０１０，２１（４）：　１２０—１２５．　【１１】张雪花，步新影，孔繁德气候变化对秦皇岛地区降水量影响　分析［Ｊ］．环境科学与管理，２００７，３２（８）：６２—６４．　［１２］匡文慧，刘纪远，陆灯盛．京津唐城市群不透水地表增长格　局以及水环境效应【Ｊ１．地理学报，２０１１，６６（１１）：１４８６—１４９６．　【１３】赵云峰．秦皇岛市水资源供需分析［Ｊ］．黑龙江水利科技，２０１０，　３８（２）：１５７—１５９．　［１４］赵云峰．秦皇岛市降水变化特征分析叨．地下水，２０１１，３３（２）：　１３７—１３８．　【１５］梁越，陈建生，陈亮．注水井水力帷幕防治海水入侵的机理与　应用『Ｊ１．长江科学院院报，２００９，２６（１０）：１３３—１３６，１４１．