河北省抚宁县南部沿海地区海水入侵及防治措施

梁晓杰 刘红波 邢慧莹

(1.河北省秦皇岛市抚宁县水务局 河北秦皇岛 066300;2.河北省邯郸水文水资源勘测局 河北邯郸 056001;3.河北省任丘市水务局 河北任丘 062550)

抚宁县南部沿海区域系指抚宁县南部滨临渤海的行政区域,该区域东南临海,东至县界与秦皇岛市相邻,南至县界与昌黎县相接,西以抚宁县缸山为界,北以抚宁县内102国道为界,东北以戴河为界。行政区域包括留守营镇全部及牛头崖镇、抚宁镇、榆关镇的部分村庄,总面积约225km2,占抚宁县总面积的14%。102国道、205国道、京沈高速、京秦铁路、京哈铁路经过该区域。区域内有全国著名的南戴河旅游区,交通发达、区位优势明显,具有十分有利的发展前景。区域内主要河流有戴河、蒲河、洋河、人造河和小黄河,重要水利工程有桃孟、友谊、宋留三大灌渠纵贯南北。

二十世纪80年代以来,随着抚宁县工农业生产的大幅度增长、港口建设规模的不断扩大及旅游业的快速发展,需水量也随着大幅增加。而根据降雨资料显示,近几年区域内降雨量处于平、偏枯年份,形成可更新的水资源量较少,在供需不利的情况下,水资源 (尤其地下水资源)开发利用程度较高,改变了区域内的水资源情势,尤其是打破了区域地下水的排补平衡,造成南部沿海区域地下水位大幅下降,形成了以留守营镇为中心的地下水位降落漏斗,地下水位的降低改变了淡水与海水的补排关系,使南部沿海区、沿河地带出现了海水经过表层向地下水补给,即地下水海水入侵。

1 海水入侵的形成过程及现状

留守营镇是抚宁县经济最发达的工农业重镇,农业粮食作物以水稻为主,是抚宁县水稻的主产区,曾获秦皇岛市十大名优农产品称号的 “留守营大米”以其良好的品质享誉冀东、声名京津;工业以造纸业为主,在近12km2范围内分布着大小造纸厂十多家,其中5000万以上固定资产的有5家。

1995年以前该地区地下水年开采总量的80%以上为工业用水,超采率曾达到120%,随之形成了以大造纸厂为中心,面积为1km2,中心水位埋深为18m～20m的全县最深的地下水降落漏斗。

随着近年来工农业迅猛发展,严重的超采地下水,2000年以来,漏斗中心西移,逐渐形成了以樊各庄、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,并有逐步扩大趋势。自1997以来,地下水位降落漏斗年际之间变化不一,根据石义庄站近10年地下水位监测资料可知,区域地下水位自1997～2004年持续下降,2005年以后有所回升,区域地下水位变动随降雨量与地下水开采量的增减而不断变化。

目前区域内地下水位情况与2002年 《秦皇岛市沿海地区海水入侵灾害研究》的实际调查结果情况相比,水位相差不大,现状该漏斗区总面积约为96.4km2,漏斗区中心水位埋深25m,水位标高-2m的封闭面积约66.2km2,水位标高-6m的封闭面积约17.5km2,水位标高-10m的面积约4.2km2,漏斗区具体分界范围:北起四照各庄-枣园村北,南至渤海海岸,东至洋河口附近的圈里村,西至山前的樊各庄村,其中包括了原独立为面积23km2的枣园地下水降落漏斗,使其仅成为留守营漏斗东翼的边缘地带,该漏斗南部沿海岸线带状分布的枣园、东苏撑子一带,面积42.5km2～56km2即为海水入侵区。

而抚宁县明显的海水入侵是从1979年开始的,当时发现牛头崖镇内的枣园水源地有1眼生产水井变咸,1984年有4眼井水矿化度超过2g/L,1986年第18号井氯离子含量达1276mg/L,附近区域内520眼农用井中约有30%～40%矿化度增高或咸化。至90年代初,枣园水源地即有16眼井变咸而废弃,可见海水入侵速度之加快。至2002年,海水入侵范围扩展到洋戴河平原,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42.5km2～56km2之间。抚宁海水入侵范围与留守营地下水降落漏斗的范围与深度密切相关,因此目前海水入侵范围与2002年时相差不大。

1 海水入侵成因及危害

2.1 海水入侵成因

海水入侵的形成与区域地形地貌、气象水文、岩土体及地质构造特征、水文地质条件等自然条件密不可分,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,自然条件是导致海水入侵的基本因素。

同时人类活动也是诱发海水入侵形成的原因之一,即地下水位下降是造成海水入侵的直接原因。自然状况下,沿海地区地下水流向海洋,并具有较高水位,保持咸淡水平衡界面,而区域含水层地下水位的改变,打破了海洋与内陆地下淡水动力平衡界面,从而诱发海水入侵。洋戴河平原等区域漏斗中心水位低于海潮平均水位,甚至低于海平面,在长历时无充足淡水补给的情况下,地下水位得不到恢复,促使海侵范围和面积不断扩大。海水入侵范围随着降雨量大小和地下水开采强度的增减而不断变化。

入海河道河口是海水入侵的重要途径。研究区内有洋河、戴河、人造河等平行独流入海的中小河流,河流在入海口附近平原坡降渐缓,年内径流主要集中在汛期,汛后基流较小,加上各河中上游均建有大量控制工程,拦蓄径流,削减各河入海水量,河口处因海洋动力作用大于河流冲洪积作用,常年雍水。遇天文大潮和风暴潮,潮量大,海水沿河上溯距离较远,海水沿入海口上溯后,充满河床的海水在河床及河两侧下渗侧渗补给地下水,加剧了海水入侵。

2.2 海水入侵危害

海水入侵造成南部沿海地区地下水咸化,给工、农业生产带来很大损失。位于洋戴河平原的枣园水厂,因海水入侵使地下水中矿化度超过饮用水标准而不能饮用,该水源地几乎失去了水源地功能。南部区域有许多供水井由于水质问题弃废,农村饮水供水不得不寻找新的水源。海水入侵含水层地下水盐量升高,产生腐蚀性,易造成井管、水泵、管道等地下提输水设施锈蚀,缩短其使用寿命,加大采水成本。此外,由于海水入侵与土壤次生盐碱相伴而生,沿海一带许多耕地遭受不同程度的盐碱灾害,使本来脆弱的生态环境更趋恶化。沿海区域居民长期饮用微咸水,还影响了居民健康。

3 治理情况

近年来,尽管国家先后列重点课题对秦皇岛市沿海区域海水入侵问题进行了广泛深入的研究,取得了一批可贵的研究成果,采取了一些综合措施,使该地区地下水位有所回升,并减缓海水入侵速度,但是由于投资和治理的力度有限,海咸水入侵的势头并没有得到根本遏制。根据2008年2月完成的 《河北省抚宁县洋河口段整治工程初步设计报告》,抚宁县近期拟在洋河口建一座挡潮橡胶坝,其主要作用为挡潮,兼有蓄水作用。该橡胶坝位于沿海公路洋河大桥下游35m处,坝顶设计高程1.9m,坝底板高程-0.5m,坝高2.4m,上游设计蓄水位1.8m。洋河口挡潮闸的建设可有效阻止海水通过河道入侵,但仅此措施并没有从根本上解决沿海区域地下水降落漏斗以及因此形成的沿岸海水倒灌问题。

4 抵御海水入侵的措施对策探讨

4.1 抵御海水入侵的主要措施

防治海水入侵国内外针对不同的地区与地质条件已采取许多措施,总结了许多经验,总体来说,解决的措施主要有:开源节流、构筑阻咸帷幕、适应性生态改良等。

开源节流即增加地下淡水补给量和合理限制地下水开采。对于增加地下水补给,主要方式包括:拦蓄降水和地表径流补充地下水,兴建跨流域调水工程将淡水引入滨海地区,在滨海地带有计划地回补地下水等;适当限制地下水开采、合理开发地下水其手段主要是对滨海地区地下水资源进行优化管理,在防止海水入侵的前提下,以地下水模型为依据确定允许开采量,调整地下水开采布局。

构筑阻咸帷幕是指在地质条件允许的滨海地区构筑地下阻咸帷幕,适当拦蓄地下径流,减少地下淡水入海水量。该方式既可以起到拦截地下水径流,又起到阻止海水入侵的作用。主要方法包括地下截渗墙防治海水入侵、垂直铺塑防治海水入侵、振动沉模板墙防治海水入侵、淡水帷幕防治海水入侵等防治地下海水入侵措施以及防浪墙、防潮堤等防治地表海水入侵措施。

适应性生态改良是指适应海水入侵现状,进行海水入侵区生态改良试验,利用地下微咸水或与淡水混合利用浇灌耐盐作物,分区治理,发展海水入侵区经济。具体方法:一是在海水入侵区建立适合区域生态特点的农牧渔林良性循环的生态系统,改良土壤;二是在地下水系统的补给区,以涵养水源为出发点,发展生态农林业。

4.2 解决区域内海水入侵措施的对比分析

构筑阻咸帷幕措施可有效阻止海水入侵,但要求有适宜的地质条件,而且如果海岸线较长时工程量较大;对于本区域来说,海水入侵的直接原因是区域地下水降落漏斗的形成,该措施虽可有效防止海水入侵,但不能恢复地下水位,解决地下水位降落漏斗问题,长此以往,地下水位持续降低将可能会成为其它环境问题。

适应性生态改良措施也只是被动的适应海水入侵造成的环境问题,不能从根本上解决问题;抚宁县沿海区域内包括全国驰名的南戴河旅游区,区域内长期采用微咸水灌溉可能会导致海水入侵范围的扩大以及旅游区的土壤及生态状况恶化,不利于旅游区的进一步发展,也可能会影响旅游区在国内的知名度。

鉴于南部沿海区域实际情况,解决海水入侵、保证区域水资源可持续利用、改善目前地下水资源状况的最好办法、最佳措施是开源节流。

第一,强化节水、用水管理,发展节水型工业、农业、服务业等;

(1)通过报刊、广播和电视等新闻媒体及发放宣传材料等形式进行普及节水宣传工作,提高居民的节水意识。

(2)制定用水定额,实行计划管理。抚宁县实行计划用水,按定额为各用水户配水,超计划定额累进加价收费。取消用水保费制度,做到装表到户,计量收费。

(3)合理调整水价,改革水费收缴制度。运用经济手段推动节水工作。计量收费城镇要制定两步制水价,实行基本用水水价和超计划用水水价累进加价制度。

(4)农业实行高产节水灌溉制度,推广水稻旱育秧及湿润水稻和旱作水稻技术,从水费方面制定相应的奖惩政策,以经济杠杆推动灌溉制度科学化合节水作物品种的种植推广。

(5)全面推进节水器具,提高生活用水节水效率。新建住宅区全部使用节水型器具,老居民区按计划进行节水器具更换。

(6)加快推广城镇供水管网改造,降低管网漏失率。推广应用新型管材,推广应用供水管道连接、防腐等方面的先进施工技术;鼓励开发和应用管网查漏检修决策支持信息化技术。

(7)推广再生水回用。在城镇建设和扩建过程中,积极改造城镇排水管网,建设城镇污水集中收集和处理设施,建立和完善城镇再生水利用技术体系。

第二,实行水量置换,以减少区域内地下水开采量,遏制区域地下水降落漏斗与海水入侵。

供水水源置换指将规划区域内以地下水作为主要供水水源的用水对象的供水水源转换为地表水。通过将供水水源置换为地表水,减少区域内地下水开采量,遏制区域地下水降落漏斗与海水入侵,改善水环境状况。

(1)农业用水置换分析。规划区域内洋河灌区控制范围约占总控制范围的90%,灌区控制范围内均有渠灌设施,但目前灌区范围内渠灌面积仅约6万亩,大部分面积已改为采用地下水灌溉。通过增加渠道引水和改进灌溉管理恢复渠灌面积可有效减少区域内地下水开采,有效改善区域地下水状况。

(2)工业用水置换分析。据调查,留守营镇工业用量用水量占规划区域内工业总用水量的87%,主要集中在以留守营镇为中心周围 5km范围内,而牛头崖镇、抚宁镇、榆关镇工业用水户相对分散,采用外调地表水源供水工程实现集中供水较困难,因此工业用水置换根据水源及供水工程情况,重点应落在留守营镇,特别是留守营镇工业区,置换的方法可同时采用引青管线引水及灌区供水来置换工业用水,经计算,利用引青管线可置换水量为2533.1万m3,利用友谊灌区置换水量为432.9万m3,总置换水量为2966.0万m3。

(3)生活用水置换分析。生活用水供水管线接自工业区供水管线,分别于留守营的西河南、牛头崖的南甸子建新的水厂。生活用水置换人口预计为5.6万人,生活用水定额按50L/(人·d)置换水量为102.2万m3,预计投资约1705万元。

第三,制定蓄补地下水规划,采取增加渠系渗漏与河道渗漏等人工回灌补给方式,增加地下水补给。

根据区域地下水漏斗位置及深度,本次蓄补地下水规划重点在胡各董村以南的洋河附近区域及以樊各庄、留守营为中心的附近区域。

地下水资源计算时各补给项包括降雨入渗补给、河道入渗补给、库塘渗漏补给、渠系渗漏补给、渠灌田间入渗补给、人工回灌补给、井灌回归补给等。根据区域实际情况,在尽量不改变原有自然条件与工程条件的基础上,宜选择可行的方法与途径,本次选择增加渠系渗漏与河道渗漏等人工回灌补给方式,增加地下水补给。

(1)增加渠系渗漏补给。在规划重点区域内主要有洋河灌区的宋留干渠、友谊干渠与桃孟干渠。拟利用非灌溉季节引洋河水库的水,利用宋留干渠、友谊干渠与桃孟干渠的土渠部分蓄水引渗补水。经计算,年补地下水总量为307.9万m3,年需引水总量为314.0万m3,利用渠道蓄水补地下水不需新建蓄水工程。

(2)增加河道渗漏补给。增加河道渗漏补给地下水措施主要是在河道上建橡胶坝蓄水补地下水。目前区域段洋河上已建有胡各董闸,洋河支流蒲河入洋河口处建有一座橡胶坝,近期规划在南戴河洋河大桥北侧修建一座橡胶坝。胡各董闸作用主要是抬高洋河水位,利于友谊灌区引水,建议在非灌溉时间可以利用其蓄水补地下水。拟建的洋河口橡胶坝兼有防潮与蓄水的双重功能,该坝长450m,蓄水面积1.25km2,蓄水容量250万m3。

鉴于抚宁县南部沿海区域地下水漏斗情况比较严重,并考虑洋河景观效果,因此在规划区域内拟采用梯级拦蓄补水方式,即在胡各董以下洋河河道形成梯级、连续水面景观,同时也为附近的南戴河增加一景。河道蓄水年补地下水总量为 2113万m3,年需引水总量为2213万m3。利用河道蓄水补地下水需新建两橡胶坝蓄水工程。

第四,制定开采区和限制开采区的保护规划,为规划区域地下水环境与可持续利用提供保证。

地下水控采规划是在采补基本平衡、使超采区的地下水开采得到有效控制、全面遏制地下水位持续下降趋势、不再发生发生新的环境地质灾害、明显改善生态环境的基础上、最大限度地提取地下水以满足供水的需要。

(1)地下水控采规划原则。采取采补平衡的原则,即在一定大气周期内,充分利用地下水多年调节的作用,丰枯互补,使均均衡段内地下水总的开采量与总的补给量大致相等,地下水动态年际总变化趋近于0;优质优用、合理配置原则,即地下水优先满足人民生活用水要求,兼顾工业与农业和生态用水,做到优水优用,中水回用,污水、海咸水资源化利用等;强化保护原则等,即控采方案以保护和促进生态环境向良性方向发展为目标,防治环境地质问题的恶化。

(2)南部沿海地下水控采规划。区域地下水控采规划要根据不同位置及不同时间分别确定。根据《河北省地下水合理利用及控采规划》,本区域属地下水限采区。在目前地下水采补失衡的状态下,减采与增补是必须采取的方案。本次规划措施分别采取改变工业及部分生活用水水源,增加河道与渠道蓄水补给地下水,促使区域地下水采补平衡并逐步回升。在漏斗区回升过程中漏斗区范围内尽量控制耗水量大的企业新增地下水开采,同时降低单位面积上的开采井数量,分散开采量,降低开采强度。地下水回升到合理水平后,区域地下水采补基本达到平衡状态,在此状态下,区域地下水具有一定的储水能力,新增基本生活用水、小规模的工业等用水可以少量开采地下水,同时要求开采井分散开采量,降低单位开采强度。尽量控制耗水量大的企业新增地下水开采量,尤其是对水质要求不高的企业的用水,使其尽量利用中水、微咸水、海水等。

第五、在实际运用过程中,可将以上几种方式结合起来,共同实现区域水资源、尤其是地下水资源的可持续利用。

1 孙娟,杨燕雄.秦皇岛海水入侵特征.中国环境管理干部学院学报,2007.2.

2 郭占荣,黄奕普.海水入侵问题研究综述.水文.2003.3.