莱州海水入侵分析与防治研究

李永萍

(山东省莱州市自来水公司,山东 莱州 261400)

0 引言

20世纪 70年代中期,为开发地下水资源,莱州湾沿岸农民兴起了打井灌溉高潮。随着农业灌溉面积扩大,水井密度的增加,开采量增加,某些水井水质长期变咸,浇地后造成庄稼枯萎乃至死亡。进入 80年代,沿海乡镇企业异军突起,工矿企业发展迅猛,其水源地布局不合理,多建在咸淡水界限附近,过量抽取地下水,加剧了海水入侵的发展。至 80年代中期,海水入侵已成为十分普遍的一种现象,当地群众对海水入侵采用下面一种被动式的防御:井水变咸了,老百姓弃井,改向淡水一侧继续打井使用;浅层水变咸,改用深层水。由于地下水无序的开发以及海水入侵被动的防治,造成海水入侵的加速和大面积发展,莱州湾海水入侵区由局部地段不断扩大成片。特别是 80年代末期,莱州湾沿岸粮食减产,工厂被迫减产、停产,造成了极大的危害。因此,海水入侵引起了各级政府的高度重视,加大力度,采取了诸多多种工程和非工程措施进行防治。

1 莱州市概况

1.1 地理位置与行政区划

莱州市位于胶东半岛西北部、莱州湾东岸,北、西濒临渤海,东、东南与招远和莱西市相接,西、西南与昌邑和平度为邻,南北长约 53 km,东西宽约 68 km,总面积1 878.1 km2。区内交通便利,威乌高速公路、大莱龙铁路、烟潍公路纵贯莱州。海岸线总长 108.7 km。

莱州市行政隶属于烟台市,并与青岛、潍坊交界,现辖 11个镇、2个区和 3个街道办事处。

1.2 地形地貌

莱州市地形复杂,有山区、丘陵、平原、滨海洼地和海域滩涂等地貌类型。地势由东南向西北倾斜,呈阶梯式下降,最高为市域东南大泽山的胡家顶,海拔高程 690.5 m。全市东南山区至西北沿海,地貌类型分为 5种:即侵蚀低山、剥蚀丘陵、山前岗地、冲积洪积平原和滨海平原。

1.3 水文气候

莱州市地处中纬度,位于山东半岛中部,濒临渤海。气候属暖温带季风型大陆性气候,四季变化和季风进退都比较明显。年平均日照时数为2 664.8小时,年平均气温12.9℃。1970～2007年平均降雨量为 589mm。降雨量年际变化大,1971年降雨量最大,为 845.3 mm。年降雨少于400mm的有 5年,最小的 1981年,只有 304.9mm,是最大值的 36%。年内降雨量不均,汛期 6～9月平均降雨为415.9mm,占年平均降雨量 70.6%,尤其 7～8两个月降雨量平均为 296mm,占全年降雨量的 50.3%。

1.4 河流水系

莱州市内主要河流有 15条。除小沽河向东经莱西注入大沽河流入黄海外,其余均流入渤海。另有胶莱河流经莱州市西南边境,北流莱州湾,为莱州市与昌邑市的界河,接界长度9km。境内河流同属胶东半岛诸河水系,为雨源型河道。全市河道总长 313.7 km,流域面积 1581 km2,占全市总面积的 87%。流域面积在 100 km2以上的河流有 5条。15条河中除王河、白沙河、小沽河、朱桥河、南阳河、苏郭河有支流外,其余均无支流,地表水直接排入干流入海。全市河流除王河及朱桥河源于招远境内外,其余均为市内河流,是典型的边缘水系,具有源短流急、峰高量大、陡起陡落、季节性强、排洪受海潮顶托影响等特点。

2 海水入侵

2.1 基本情况

海水入侵是由于陆地地下淡水水位下降而引起的海水直接侵染淡水层的自然现象。海水入侵的标准主要是依据地下淡水水质中所含矿化度多少而定。根据这一标准,莱州市把滨海平原区淡水中氯离子含量超过 250mg/L的区域确定为海水入侵区,并把氯离子含量在 250～150 mg/L之间的区域确定为咸水扩散区。

莱州市海水入侵于 1979年发现。当时是由镇北村地下水位观测井出现负值反常现象,于是对出现水位负值的滨海平原区进行了水质普查,结果发现了海水入侵。当时采用了地下水矿化度大于3 mg/L的海水入侵标准。发现海水入侵时,全市只有 15.81 km2,主要分布在打井密度大,取用地下水较多的地区。到 1997年近 20年时间海水入侵面积发展到 276.99 km2。占全市总面积的 14.75%,平均每年入侵速度为 201.6m。

1997年以后,莱州市海水入侵逐年呈减少趋势,到 2003年,海水入侵面积为 234 km2,与高峰相比减少了 15.52%。经过调查分析,这是多年来对海水入侵进行综合治理的明显效果。莱州市历年海水入侵面积见下表 1:

表1 莱州市历年海水入侵面积表 km2

2.2 形成原因

2.2.1 人为因素

引起莱州市海水入侵的人为因素是过量抽取地下水。1977年,胶东半岛出现连续干旱,全市范围内的蓄水工程全部干涸,河道断流,工农业生产全靠抽取地下水。当时由于没有节水措施,全是沿袭传统的灌溉方式,地下水资源造成极大浪费。滨海平原区为达到粮食增产的目的,出现打井高潮,过量开采地下水。在较短的时间内市南和市北平原区机井、大口井密度每 km2达 10眼以上,有的乡镇达 20～25眼 /km2,因而导致某些区域的地下水严重超采,并出现负值漏斗,诱发了海水入侵。另外莱州的盐田扩建,陆地的海产品养殖,将海水引入陆地 ,也是海水入侵不可忽视的人为因素。

2.2.2 风暴潮因素

莱州市沿海是风暴潮多发区,一年当中风暴潮多次发生,使沿海地区农田淹没,房屋冲倒,海水长时间在陆地滞留,给海水入侵创造了有利条件。

2.2.3 地质因素

莱州市滨海平原由冲积、冲洪积地层构成,砂层较厚,颗粒粗,透水性较好;基底断裂构造发育与海岸线重直相交呈北西向展布,与海水连通性好,一旦地下淡水与海水压力失去平衡,海水很容易入侵陆地。

2.2.4 地理环境影响因素

莱州市河流短,坡度大,洪水在陆地滞留时间短,入渗量小,地下水补充速度慢,滨海低洼地面积大,很容易遭受海水入侵;且市南和市北平原部分域区沙坝——泻湖海岸赋存的古海水,也促进了海、咸水的入侵。

2.2.5 气候因素

莱州市受季风的影响气候比较干燥且少雨。根据降雨资料统计,莱州市 1979年前 20年平均降雨 640mm,而 1980～1984年 5年平均降雨 398.1 mm,在大量抽取地下水的基础上,连续 5年平均降雨偏少 241.9 mm,这是莱州市造成海水入侵主要的自然因素。

总之,海水入侵的成因是比较复杂的。气象、水文、地质、地形、风暴潮等自然因素,是海水入侵发生和发展的基础条件。但是,过量开采地下水等人为不合理的经济活动才是海水入侵发生和发展的决定因素。

2.3 危害

2.3.1 工业方面

海水入侵以来,全市有 18处大中型企业和 320处镇、街、村办工、企业受海水入侵的影响,供水水质变咸,工厂设备锈蚀,产品质量下降,经济效益滑坡。有的工、企业已经关闭停产,有的工、企业面临转产或搬迁的困境,全市每年工业产值直接经济损失在 1.5亿元以上。

2.3.2 农业方面

海水入侵区内近3 000眼机井或大口井由于水位大幅度下降或变咸报废,使 30万亩高产田变成低产田,造成荒芜的耕地面积达 3万多亩。多年来,滨海平原区一般年景减产30%,干旱年份减产 50%以上,全市因海水入侵每年平均减产粮食5000万公斤以上。

2.3.3 生活方面

全市有 13处镇区,129个行政村 13.02万人和 0.34万头大牲畜吃水发生困难,三山岛、金城、土山 60%的村庄无淡水,有的村庄五迁水源地,花费了大理的财力、物力、人力。由于水质的变化,开始引发和加剧了某些地方病,发病人数高达 1.56万人。

3 防治

3.1 工程措施

3.1.1 修建防海潮堤

海潮加速了海水入侵,为减少这一不利因素,莱州市于 1980年 12月开始投资 2亿多元完成了海沧到虎头崖总长 40.3 km防海潮堤,并成立防海潮管理处,增设 50多名专业技术人员,对防海潮堤不间断的维护、加固和保养。这一工程使西南沿海平原区 5万亩土地免遭海潮袭击。海水入侵受到不同程度的遏制。到目前为止全市108 km海岸线上共有防海潮堤 56.8 km,在海水入侵防治方面起到了积极的作用。

3.1.2 蓄淡压咸

近几年来,在不具备拦蓄条件的滨海平原地区(海水入侵区)投资2 000多万元修建蓄水塘、蓄水池 15处,每年汛期增蓄淡水 100多万 m3;投资3 000多万元在 108 km的海岸线以内修建了 31.69 km淡水带,每年拦蓄地表水 200多万m3。莱州的蓄淡压咸工程一举三得,既淡化了地下水质、又扼制了海水入侵、还进行了农业灌溉。取得了明显的经济效益、社会效益和生态效益。

3.1.3 拦蓄补源

根据莱州市河道源短流急的特点,在河道中下游大搞拦蓄补源工程。多年来在王河、白沙河等较大河道投资8000多万元建成拦河闸、坝近 30处,增蓄地表水1 000多万 m3,每年补充地下水 500多万 m3。近年又投资 1.5亿元修建总库容5693万 m3的王河地下水库,每年增加地下淡水近5 00万 m3,通过拦蓄补源,蓄水工程周围地下水位普遍回升5～10m,水质也明显变好。

3.1.4 调水补源

投资 500万元在海水入侵较严重的三山岛尹家修建库容100万 m3的人工湖,投资1 000万元铺设 5公里输水管路,将王河洪水调入人工湖,每年补充地下淡水资源 300万 m3左右,经过几年的调水补源,人工湖周围水位普遍回升5～10m,海水入侵的治理见到了明显的效果。

3.1.5 增加入渗

投资1 000万元在王河下游河道内挖回灌渠 122条,打回灌井 244眼,增加洪水期地下水的入渗补给,每年汛后入渗工程两岸水位回升 10m左右,地下水资源增加 300万 m3。

通过实施以上工程措施,海水入侵面积减少了42.99 km2,卤离子含量不同程度的下降了 10%～40%,海水入侵的治理初见成效。

3.2 非工程措施

3.2.1 进行科学研究,摸清海水入侵的成因、速度及变化规律

1979年至今近 30年来,先后聘请了中科院专家、南开大学教授、省水科院研究人员对海水入侵进行了专题研究,根据研究的成果,进行海水入侵调查评价、电测、水质化验分析,从中得出了海水入侵的成因,计算出海水入侵的速度和面积,初步摸索出海水入侵的变化规律,为有针对性进行防治奠定了基础。

3.2.2 制定规范性文件,强化水资源管理

莱州市曾于 1988年和 1991年根据水法规两次制定和完善《莱州市水资源管理暂行办法》,水行政主管部门以此为依据,结合烟台市水资源管理“五程序”,对滨海平原一带水资源进行强化管理,严格规定了:在海水入侵区内禁止打深井,严格控制新打井,除保人畜用水外,严格控制农田灌溉开采地下水;发展乡镇企业,提倡上耗水量少的项目;用水较多的工业项目一律不准在海水入侵区筹建;对海侵区内原有的用水大户进行统筹安排,采取从远距离集中供水的方法,尽量不开采当地地下水资源。使海水入侵区地下水开采做到有章可循。

3.2.3 建设节水型生态农业系统、实现节水化灌溉

在海水入侵区进一步调整种植结构,扩大了耐旱作物和经济作物种植面积,按照宜林则林,宜草则草、宜药则药的原则,发展雨养农业,促使海水入侵区水资源逐步走向良性循环。

投资 120万元浆砌渠道 60多 km,提高水的利用系数。采取优惠政策积极推广管灌、喷灌等节水灌溉技术,全市有60多万亩粮田实现节水化灌溉,近几年农业灌溉年均节水3 900万 m3,海侵区每年少开采地下水 1000万 m3以上。

3.2.4 调整产业结构,建立节水型社会

进一步调整产业布局和工业结构,大力发展节水型和无水型高科技工业体系。全市上下在围绕节水上大做文章,各工矿企事业进行内部挖潜,生活上逐步普及节水型器具,通过实行计划用水,节约用水,大大降低了万元产值耗水量,使全市工业用水重复利用率提高到 71.33%。

以上诸多非工程措施为海水入侵综合治理奠定了良好的基础。

4 结论

4.1 防重于治

从莱州市海水入侵的成因和治理看,预防大大重于治理,治理要远远高于预防的投资。还没有出现海水入侵的沿海地区要引起高度重视。借鉴莱州的教训,在“防”字上很下功夫,严格遵循采补平衡这一客观规律,用科学发展观指导水资源的优化配置。一旦造成海水入侵,将给子孙带来深重灾难。近十几年来莱州市在治理海水入侵方面投资近 6亿元,但见效甚微,海水入侵面积与高峰相比只减少了 15.5%,如果没有当初盲目大量开源取用地下水,何必投如此巨资。

4.2 工程措施与非工程措施实施并重

十几年来,莱州在治理海水入侵方面实施了在河道中下游修建拦河闸、坝、渗沟、渗井,沿海修建海潮坝、淡水带、蓄水平塘,王河下游修建地下水库等诸多工程措施;同时也大量实施了对海水入侵的研究、制定规范性文件,强化水资源管理、建成节水型生态农业系统、调整产业布局和工业结构,大力发展节水型和无水型高科技工业体系、强化节水等非工程措施,的确见到了明显效果,非工程措施在其中发挥了巨大作用。实践证明,海水入侵的治理没有非工程措施的配套和保障,将会事倍功半。

总之,海水入侵的防治是一项长期的系统工程,要有长远的战略目标,要体现科学发展观。我们坚信经过不懈的努力,莱州定会出现人水和谐共处的局面。

[1]李国敏,陈崇希.海水入侵研究现状与展望.地学前缘,1996,3(1,2):1-5

[2]刘青勇,董广清,耿树德等.淡水帷幕防治海(咸)水入侵的物理模拟试验研究.水利学报,1998,2:30-33

[3]袁益让,梁栋等.海水入侵及防治工程的后效预测.应用数学和力学,2001,22(11):163-171

[4]韩美.莱州湾地区海水入侵与地貌的关系.海洋与湖沼,1996,27(4):414-420