1、海水入侵海水入侵一、海水入侵的概念一、海水入侵的概念二、中国海水入侵现象的发展现状二、中国海水入侵现象的发展现状三、海水入侵的原因三、海水入侵的原因四、海水入侵的形成机制四、海水入侵的形成机制五、海水入侵的调查评价五、海水入侵的调查评价六、海水入侵的防治六、海水入侵的防治主要内容主要内容第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念u 基本概念基本概念 海水入侵可以使陆地含水层咸化、机井报废、淡水海水入侵可以使陆地含水层咸化、机井报废、淡水供应量减少，也可引发沿海地区土地盐渍化，农业减产供应量减少，也可引发沿海地区土地盐渍化，农业减产甚至绝收等生态问题，因而成为一种地质环境问题。甚至绝收等生态问题
2、，因而成为一种地质环境问题。海水入侵：海水入侵：海水沿着陆地含水层向陆地方向潜入的现象海水沿着陆地含水层向陆地方向潜入的现象和过程。和过程。海水入侵海侵海水入侵与海侵的不同 由于海面上升或陆地下降造成海水面积扩大，陆地面积缩小，海由于海面上升或陆地下降造成海水面积扩大，陆地面积缩小，海岸线向陆地方向推进的地质现象。岸线向陆地方向推进的地质现象。第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念海侵（海进）海侵（海进）：海水入侵：强调含水层的变化海水入侵：强调含水层的变化 海侵：海水沿陆地表面的扩张海侵：海水沿陆地表面的扩张时间尺度相对较小时间尺度相对较小 地质演化的时间尺度大地质演化的时间尺度大区域范
3、围有限区域范围有限 区域范围广大区域范围广大海水倒灌发生在中小发生在中小时空尺度上时空尺度上的海侵现象的海侵现象1 1 存在海水与陆地含水层的水力存在海水与陆地含水层的水力联系通道联系通道 海洋是陆地地表水、地下水海洋是陆地地表水、地下水的最终排泄区，海平面则是地球的最终排泄区，海平面则是地球表面的最低排泄基准面。如果沿表面的最低排泄基准面。如果沿海地区存在着裂隙、岩溶和松散海地区存在着裂隙、岩溶和松散的孔隙介质含水层，而且这些含的孔隙介质含水层，而且这些含水层延伸到海中，就有可能成为水层延伸到海中，就有可能成为海水入侵的通道海水入侵的通道。 u 海水入侵发生的条件海水入侵发生的条件第一节第一
4、节 海水入侵的概念海水入侵的概念陆地表面潜水面陆地淡水咸淡水分界隔水底板淡水海下出口海平面海水楔最低排泄基准面u 海水入侵发生的条件海水入侵发生的条件第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念2 2 海水压力大于陆地含水层海水压力大于陆地含水层的水头压力的水头压力 水的流动是在存在水的流动是在存在压力差压力差的情的情况下发生的。由于陆地地下水的密况下发生的。由于陆地地下水的密度（比重）小于海水，要避免海水度（比重）小于海水，要避免海水潜入，就必须具有较高的水头压力。潜入，就必须具有较高的水头压力。 在没有发生海水入侵的沿海在没有发生海水入侵的沿海地区，可能存在两种情况，一是没地区，可能存在两种
5、情况，一是没有水力联系的通道，二是有通道，有水力联系的通道，二是有通道，但陆地地下水水头高，压力值大于但陆地地下水水头高，压力值大于海水，此时，陆地地下水可不断地海水，此时，陆地地下水可不断地从海面以下出口排向大海。从海面以下出口排向大海。 陆地表面潜水面陆地淡水咸淡水分界隔水底板淡水海下出口海平面海水楔最低排泄基准面Q:Q:是否满足以上两个条件，就一定会发生海水入侵呢？是否满足以上两个条件，就一定会发生海水入侵呢？1.上述两条件同时存在时，海水会呈楔形体插入含水层底部。2.由于海水有潮涨潮落，陆地地下水与海水压力差动态变化，从而 导致海水楔的范围也是会动态变化。3.若海水楔随压力差的变化进退
6、有序，为正常涨落，楔形体不会一直向陆地方向伸展，该动态过程不能称为海水入侵；只有当压力差发生异常涨落，海水楔不断向含水层前进，则发生了海水入侵。l 中国海岸带背靠西部中国海岸带背靠西部大陆，面向全球规模大陆，面向全球规模最大的西太平洋边缘最大的西太平洋边缘海。海。l 中国大陆海岸线北起中国大陆海岸线北起辽宁鸭绿江口，南至辽宁鸭绿江口，南至广西北仓河口，全长广西北仓河口，全长超过超过18,000 km，大小，大小岛屿岛屿6,500座，大陆岸座，大陆岸线和岛屿岸线总长达线和岛屿岸线总长达32,000 km。第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状 我国海岸线长度为我国海岸
7、线长度为3.23.2万万kmkm，其中大陆岸线，其中大陆岸线1.81.8万万kmkm。沿海地。沿海地区是我国目前经济开发的重点地区。这些地区在以下方面为海水区是我国目前经济开发的重点地区。这些地区在以下方面为海水入侵提供了条件：入侵提供了条件： 随着经济发展，对水资源的需求日益增长，随着经济发展，对水资源的需求日益增长，过量抽取地下过量抽取地下水水，其结果会使沿海地区地下水水位下降，量减少。，其结果会使沿海地区地下水水位下降，量减少。 拦蓄截取地表水拦蓄截取地表水，使入海量减少，使地表水补给地下水量，使入海量减少，使地表水补给地下水量减少，地下水位下降。减少，地下水位下降。 沿海地区是松散堆积
8、物的沉积区，主要是冲洪积和海相沉沿海地区是松散堆积物的沉积区，主要是冲洪积和海相沉积成因。陆相物质的搬运堆积，主要靠地表径流。河床堆积物相积成因。陆相物质的搬运堆积，主要靠地表径流。河床堆积物相对粗大，并一直延伸到大海，为海水向陆地含水层入侵对粗大，并一直延伸到大海，为海水向陆地含水层入侵提供了通提供了通道道。第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状u 我国海水入侵现状的主要原因我国海水入侵现状的主要原因辽东湾辽东湾渤海湾渤海湾莱州湾莱州湾环渤海湾地区环渤海湾地区莱州湾南岸、大连莱州湾南岸、大连旅顺、天津等旅顺、天津等东南沿海地区东南沿海地区广西北海市、钦州市钦江三角
9、洲、海广西北海市、钦州市钦江三角洲、海南岛儋州的新英湾等。南岛儋州的新英湾等。u 我国海水入侵的分布我国海水入侵的分布辽东湾辽东湾渤海湾渤海湾莱州湾莱州湾 环渤海湾现状环渤海湾现状: 海水入侵面积海水入侵面积约约2333.4 km2，比，比20世纪世纪90年代年代初初增加增加了了46.5%。据天津市典型地段水质动态的深入研究。据天津市典型地段水质动态的深入研究,咸水界咸水界面下移速率面下移速率约约0.65-0.74 m/a；据沧州地区的研究，截止；据沧州地区的研究，截止2001年，年，浅层咸水界线向西移动浅层咸水界线向西移动15-30km，运移速率运移速率0.7-1.4km/a。与。与20世世
10、纪纪70年代相比，深层咸水界面一般下移年代相比，深层咸水界面一般下移10-30m，咸水界线西移，咸水界线西移最大距离最大距离16.2km（据“环渤海地区环境地质调查”，2004）。）。 烟台莱州湾地区烟台莱州湾地区: 地下水地下水氯离子含量氯离子含量最高为最高为3.86g/l（饮用水标准（饮用水标准国际建议值为国际建议值为200mg/l，即，即0.2g/l），），矿化度矿化度达达7.85g/l（饮用水标（饮用水标准建议值为准建议值为 1g/l）。部分地区已出现盐渍化。）。部分地区已出现盐渍化。 海南岛西部儋州的新英湾是海水入侵典型地段，海水入侵面积达10km2。 u 我国海水入侵的分布我国海水
11、入侵的分布第三节第三节 海水入侵的原因海水入侵的原因 海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。l海平面的相对上升海平面的相对上升l陆地地下水头下降陆地地下水头下降l其他原因其他原因海水量的变化（气候、冰川消融等）海水量的变化（气候、冰川消融等）海洋盆地容积的变化（大洋中脊扩张、陆源物质堆积海洋盆地容积的变化（大洋中脊扩张、陆源物质堆积等）等）滨海地区地面沉降（构造沉降）滨海地区地面沉降（构造沉降） 沿海地区开采地下水沿海地区开采地下水 筑坝建水库等拦截地表水筑坝建水库等拦截地表水 气候干旱气候干旱 修建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等修
12、建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等海水入侵过程海水入侵过程海（咸）水楔形体不断扩大，即楔形体移动的海（咸）水楔形体不断扩大，即楔形体移动的动力学过程。动力学过程。由多个时间段分析海水与陆地地下水分界面的位置和形态变化过由多个时间段分析海水与陆地地下水分界面的位置和形态变化过程，分析是否处于正常涨落。程，分析是否处于正常涨落。u 咸淡水分界面的理论解咸淡水分界面的理论解第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制一、稳定分界面的静力平衡模式二、稳定分界面的动水压力平衡模式第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制一、稳定分界面的静力平衡模式一、稳定分界面的静力平衡模式假定条件：
13、海水和陆地地下水均不流动，地下水与海水区各点的压强按静水压强分布，两者的分界面固定。海水与陆地地下水静力平衡模式海水与陆地地下水静力平衡模式陆地表面潜水面陆地淡水咸淡水分界海平面海水楔hshfhs在分界面上：21)(shfhshhs 分界面上某点离海平面的距离； hf 地下水潜水面高出海平面的高度；p1 淡水密度，=1.0g/cm3；p2 海水密度,=1.025g/cm3。40sfhhu 两个重要的认识：两个重要的认识：1 1、分界面在海平面下所处的深度与陆地地下水面的高度分界面在海平面下所处的深度与陆地地下水面的高度呈线性定量关系，呈线性定量关系， 例如在地下水潜水面高程为例如在地下水潜水面
14、高程为1m1m时，由时，由上式可知，对应的分界面深度约在海拔以下上式可知，对应的分界面深度约在海拔以下40m40m处。换句处。换句话说，话说，陆地地下水水位越高，分界面埋藏深度越大；越接陆地地下水水位越高，分界面埋藏深度越大；越接近海岸线，分界面埋深越浅。近海岸线，分界面埋深越浅。 40sfhh第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制40sfhh40fsdhdhdsds 表示分界面在水平方向的梯度；表示潜水面在水平方向的梯度；右端表示分界面在水平方向的梯度；表示潜水面在水平方向的梯度；右端的负号表示两者水头下降的方向是相反的（下图）。的负号表示两者水头下降的方向是相反的（下图）。由上
15、式可以看出，从由上式可以看出，从ACAC断面到断面到BDBD断面，断面，潜水面的梯度变化要小于分界面，分界潜水面的梯度变化要小于分界面，分界面的梯度为潜水面的面的梯度为潜水面的4040倍。倍。2 2、分界面在向内陆延伸时，往往具有、分界面在向内陆延伸时，往往具有快速收敛的特点，能够在离海岸线不远快速收敛的特点，能够在离海岸线不远的地方，与含水层的隔水底板相交。的地方，与含水层的隔水底板相交。 潜水面和分界面的水力梯度示意图潜水面和分界面的水力梯度示意图 40sfhh疑问：1、当hf =0 时， hs=0。即地下水无排泄断面，不合理；2、分界面的形态还受陆地淡水排泄量、排泄带宽度、含水层渗透系数
16、以及与海岸线的距离等多个因素的影响。 该模式在用于厚度固定的水平承压含水层海水入侵时，能有较好效果。20世纪60年代，维鲁特等人提出了更符合真实情况的海水入侵模式。第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制u 二、稳定分界面的动水压力平衡模式二、稳定分界面的动水压力平衡模式维鲁特等人提出。维鲁特等人提出。地下水在远离海岸和靠近海岸的地下水在远离海岸和靠近海岸的地方，流速垂直分量不同。地方，流速垂直分量不同。岸坡地带潜水会形成渗出带，海岸坡地带潜水会形成渗出带，海面以下也存在地下水排泄出口。面以下也存在地下水排泄出口。潜水海下出口海平面海水楔A潜水渗出带（一）潜水含水层的海水入侵问题（一
17、）潜水含水层的海水入侵问题静水压力平衡模式和水平流动的裘布依假设结合。静水压力平衡模式和水平流动的裘布依假设结合。假设前提：潜水含水层的介质是均值各向同性；地下水流为渐变流，忽假设前提：潜水含水层的介质是均值各向同性；地下水流为渐变流，忽略渗透速度的垂直分量，视为平面二维稳定流。略渗透速度的垂直分量，视为平面二维稳定流。第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制（一）潜水含水层的海水入侵问题（一）潜水含水层的海水入侵问题潜水水头分布潜水水头分布分界面海下高程分界面海下高程海水海平面海水楔ABXYCOA地下水过水断面2(1)qyxk12()()1(1)qqxYkk 1()()1qYak
18、0 x 0Y (1)2qxk 隔水层第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制（二）承压含水层的海水入侵问题（二）承压含水层的海水入侵问题纽曼推导咸淡水分解位置曲线纽曼推导咸淡水分解位置曲线22()0.55()qqYxkk 0.741qYk 0 x 0Y 0.2752qxk 海水海平面海水楔ABXYCOA承压水流向承压水水头0.025隔水层隔水层第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制u 三、实际工作中咸淡水分界面的判别三、实际工作中咸淡水分界面的判别 咸淡水分界面是一个溶质浓度介于海水浓度与陆地地咸淡水分界面是一个溶质浓度介于海水浓度与陆地地下水浓度之间的下水浓度之间的过渡
19、带过渡带，成为，成为咸淡水混合带咸淡水混合带。 溶质浓度达到某一规定值的部位视为海水入侵的标志，溶质浓度达到某一规定值的部位视为海水入侵的标志，该浓度值的等值线作为咸淡水分界面。该浓度值的等值线作为咸淡水分界面。Cl-：衡量海水入侵的一个敏感指标。：衡量海水入侵的一个敏感指标。城市地质环境问题调查评价规范（征求意见稿）城市地质环境问题调查评价规范（征求意见稿）咸咸 淡水分解淡水分解值：最低值：最低250mg/L；严重入侵的；严重入侵的CL- 为为1000mg/L总盐度总盐度：15002000ppm 在充分搜集和利用前人资料的基础上，以地质背景调在充分搜集和利用前人资料的基础上，以地质背景调查和
20、遥感解译为主体，结合应用相关的勘探、测试手段及查和遥感解译为主体，结合应用相关的勘探、测试手段及GPSGPS、GISGIS等新技术，进行必要的实测和监测。等新技术，进行必要的实测和监测。p 地质背景调查地质背景调查 区域地貌形态、岩性结构、海岸性质及变迁历史区域地貌形态、岩性结构、海岸性质及变迁历史; 咸、淡水含水层的空间分布、地下淡水体与海水（咸水）咸、淡水含水层的空间分布、地下淡水体与海水（咸水）体的接触关系体的接触关系; 地表水、地下水与海水之间的水力联系、补排关系和海地表水、地下水与海水之间的水力联系、补排关系和海水入侵通道、地下水位动态变化。水入侵通道、地下水位动态变化。第五节第五节
21、 海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价p 遥感解译遥感解译 海水与淡水水域，分析海水入侵地下淡水的分布范围。海水与淡水水域，分析海水入侵地下淡水的分布范围。p 水文物探水文物探 查明海水入侵范围，咸水、淡水分界面。查明海水入侵范围，咸水、淡水分界面。 电测深法、电剖面法、自然电场法、激发极化法、瞬变电磁电测深法、电剖面法、自然电场法、激发极化法、瞬变电磁法、井中法、井中CT。p 地下水监测网地下水监测网 监测地下水水位、水质动态及地面水体的水位变化，分析咸监测地下水水位、水质动态及地面水体的水位变化，分析咸淡水入侵程度或确定淡水的临界开采量。淡水入侵程度或确定淡水的临界开采量。第五节第五节 海
22、水入侵的调查评价海水入侵的调查评价p 综合分析研究综合分析研究 根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料，根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料，综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。 查明海水入侵途径，根据水化学分析、物探成果，进行海水查明海水入侵途径，根据水化学分析、物探成果，进行海水入侵程度分区，分析海水入侵发展趋势。入侵程度分区，分析海水入侵发展趋势。海水入侵化学指标与入侵程度等级划分第五节第五节 海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价莱莱 州州 湾湾 南南 岸岸 水水 文文 地地 质质 图图莱州湾南岸浅层地下水流场
23、图莱州湾南岸浅层地下水流场图u 海水入侵的防治海水入侵的防治第六节第六节 海水入侵的防治海水入侵的防治海水入侵的发生需具备两个基本条件：海水入侵的发生需具备两个基本条件：海平面上升或陆地地下水位下降，海水和陆地淡水间海平面上升或陆地地下水位下降，海水和陆地淡水间动水压力平衡；动水压力平衡；存在联系海水与地下淡水的存在联系海水与地下淡水的“地下通道地下通道”。 通过改变地下水的源、汇条件，使渗流场形态通过改变地下水的源、汇条件，使渗流场形态发生改变，从而防止海水入侵，甚至使入侵的咸水发生改变，从而防止海水入侵，甚至使入侵的咸水退回海洋。退回海洋。 由于这类方法改变的是地下水渗流场结构，我由于这类
24、方法改变的是地下水渗流场结构，我们形象地称之为地下水系统软结构的调整们形象地称之为地下水系统软结构的调整 地下水系统软结构的调整地下水系统软结构的调整限制淡水开采量（削弱人工汇的强度）限制淡水开采量（削弱人工汇的强度） 地下水位抬升防治海水入侵的示意图进行人工回灌，提升陆地淡水水位（建立人工源）进行人工回灌，提升陆地淡水水位（建立人工源） 人工回灌防治海水入侵的示意图 设置抽水槽，抽出咸水（重建咸淡水的区域汇）设置抽水槽，抽出咸水（重建咸淡水的区域汇） 抽水槽防治海水入侵示意图 地下水系统硬结构的调整地下水系统硬结构的调整 将采用工程措施切断海水和地下水通道将采用工程措施切断海水和地下水通道的方法称为地下水系统硬结构的调整。的方法称为地下水系统硬结构的调整。 隔水槽，阻断咸水的入侵途径隔水槽，阻断咸水的入侵途径隔水墙防治海水入侵示意图地下水库防治海水入侵示意图
