大连市大魏家喀斯特水源地海水入侵现状

宋庆春

（辽宁水文地质工程地质勘察院，辽宁 大连116037）

大魏家地区[1]位于大连市金州区西北部，濒临渤海，总面积约为100km2（图1），属于低山丘陵地貌，温暖季风气候，具有一定的海洋性气候特征。工作区内年平均温度为9.3～10.5℃，年极端最高温度为38.1℃。年极端最低温度为－26.4℃。蒸发量5月份最大，为249.3mm。多年平均降水量为600～700mm。20世纪60年代大魏家水源地作为大连市最大的地下水源地之一[2]，为大连市提供饮用水。由于长时间的过量开采，20世纪70年代出现了海水入侵，地下水质量变差。随着海水入侵程度的增加，于2001年已基本全面停止开采，预留8眼开采井作为监测井使用。

1 研究区概况

区内海水入侵的途径比较复杂，除受地层岩性、开采强度、地下水动力场变化、构造断裂等因素影响外，喀斯特发育也是影响区内海水入侵的重要因素[3]。

1.1 区域地质构造条件

图1 大魏家地区交通位置图Fig.1 Location of the Daweijia region in Dalian City

本区大地构造位置隶属中朝准地台的辽东台隆内的Ⅲ级构造区，复州－大连台陷的次级单元复州－大连凹陷。区内次生断裂构造发育，主要有NE向和近EW向断裂2组：NE向断裂表现为大魏家正断层、连丰村正断层和牛角山正断层；近EW向断裂表现为田家房身逆断层。由于构造断裂切割了可溶岩体的完整性和连续性，沟通了可溶岩体的原生孔隙和裂隙，成为地下水渗入和运移的主要通道，影响着地下喀斯特的发育状况。

1.2 喀斯特发育规律

a.地层岩性及其岩化矿物组分[4]是喀斯特存在的客观物质条件。地层岩性是区内喀斯特发育的基础因素，它决定了岩石的可溶程度和原生孔隙、裂隙的发育程度。区内所有易溶岩层或夹层，均有喀斯特存在，喀斯特揭露率达100%，即使是西大山组的砂屑灰岩。主要喀斯特形态有：喀斯特漏斗（落水洞）、喀斯特塌陷、地下暗河、石芽、溶洞、溶蚀沟槽、溶孔（坑）、溶隙、溶蚀凹面等。

b.喀斯特以线状为主，呈条带状（局部面状）发育。各种紧密线型的褶皱构造带、断裂构造带、岩脉接触带、岩层的层面构造等，控制了喀斯特的平面展布，使喀斯特发育强度呈线状分布，表现在吴家屯—大魏家、庞家屯—东田家、二十里堡—窝岭等沿溶蚀洼地、丘间谷地河谷、侵入岩与灰岩接触带部位喀斯特发育强烈。随着深部的线状喀斯特发育，又加剧了浅层面状喀斯特的发育，多出现在濒临入海口的低洼开阔地带。

c.喀斯特的垂直分布规律。区域地壳差异性升降或侵蚀基准面的相对抬升与下切，以及气候条件的变化，对喀斯特水动力带的形成、发展以及在各地段空间位置的变动均影响着喀斯特发育在垂向分布上的成层性。在垂向上主要可划分为近地表喀斯特发育段、浅层喀斯特发育段、中层喀斯特发育段和深层喀斯特分散发育段[5]；根据实测钻探揭露垂向分布深度依次为5～20m、20～40 m、50～85m和＞90m。

1.3 地下水动态变化

从近海岸（B220）和远离海岸（B214）长期观测井的资料看，由于该地区的地表喀斯特发育，直接受大气降水渗入补给，水位动态类型属于降雨补给型[6]，远离海岸总是比近海岸的水位高，是一种天然状态的地下水流场[7]（图2）。

2 海水入侵现状

对大魏家地段地下水动态观测已有30多年历史。通过30多年的动态资料与实际海水入侵过程的研究，发现海水入侵除了地下水中Cl－含量增减外，还与矿化度关系极为密切[8，9]。海水入侵地段，这2类离子含量均出现同步增加。根据目前掌握的资料，现把Cl－含量作为海水入侵的标准，将Cl－质量浓度＞250mg／L的区域作为海水入侵区。

2.1 海水入侵的演化过程

大魏家水源地建于1968年，1970年开始以（1.2～2.4）×104m3／d的供水量通往大连。多年来随着开采时间的延续，水质发生了很大的变化，Cl－含量在逐年增加。根据具有代表性的8眼井多年水质资料统计结果分析，1966年枯水期Cl－质量浓度平均为198.8mg／L，（天然状态下）到1969年（受季节性开采影响），Cl－质量浓度平均为379.5mg／L，年递增60.2mg／L。1970年到1982年连续开采13年间，平均Cl－质量浓度增加到1136.8mg／L，年递增58.3mg／L。1983年以后，由常年开采改为季节性开采，开采量减小了2／3，所以1983年（平均Cl－质量浓度为940.1 mg／L）到1991年（平均 Cl－质量浓度为559.4 mg／L）处于下降趋势，年递减47.6mg／L。1991年以后，由于连续几年干旱，加上开采量的加大，使地下水的质量继续恶化，到1994年平均Cl－质量浓度为940.1mg／L，年递增124.3mg／L。由于到1994年海水入侵的加重，控制了开采量，因此Cl－的含量从1994年至1998年处于下降趋势，平均年递减121.2mg／L。1999年是历史上的最枯年份之一，同时由于开采量加大，使1999年的Cl－质量浓度年递增151.75mg／L。从2000年至2004年Cl－含量处于增减变化状态，到2004年平均Cl－质量浓度为592.3mg／L，与上年相比递增106.42mg／L，Cl－质量浓度最高为1 639.0 mg／L，最低为172mg／L，入侵面积23.1km2，入侵距离3.5km。到2005年平均Cl－质量浓度为454.13mg／L，与上年相比递减138.17mg／L，最高Cl－质量浓度为720mg／L，最低为174mg／L，入侵面积26.3km2，入侵距离5.7km（表1）。

图2 大魏家长期观测井动态曲线Fig.2 Dynamic curve of long－term observation well in Daweijia

2.2 海水入侵平面分布特征

由于海水入侵程度受多种因素控制，根据2004～2005年2年间的丰水期和枯水期Cl－等值线图，将大魏家水源地海水入侵分为4类，分别为严重入侵、中度入侵、轻度入侵、无污染[10，11]，如表2所示。

由图3、图4可以看出，目前入侵最严重地段是后石灰窑，2004～2005年枯水期Cl－质量浓度＞1 000mg／L的入侵面积约2.0km2，丰水期入侵面积分别为1.3km2和1.1km2；中度入侵区为稻香村—吴家屯—王家屯，枯水期入侵面积分别为11.4km2和9.7km2，丰水期入侵面积分别为12.8km2和10.7km2；轻度入侵区为荞麦山附近海岸带，枯水期入侵面积分别为14.8km2和20.4km2，丰水期入侵面积分别为32.1km2和16.0km2。该地区海水入侵的总体规律是，由于枯水期地下水开采量较大，导致海水入侵面积大于丰水期；而2005年入侵面积小于2004年。

2.3 海水入侵垂向分布特征

大魏家的海水入侵在垂向上的变化与喀斯特发育深度有直接关系[12]，该地段为一向斜蓄水构造[13]，喀斯特裂隙十分发育，根据多个钻孔资料统计，喀斯特最发育的深度＜70m，而深度＞70 m时喀斯特发育较差。Cl－含量在垂向上的变化呈楔状[14]，深部入侵已达到远离海岸S20井，在20世纪90年代初，在井深＜75m，Cl－质量浓度＞300mg／L；可是90年代后期，已经完全改变了上述现象，由于海水入侵加重，S20井的Cl－含量迅速增加，咸水界面抬高[15]，并且咸水边界继续向东推进，淡水含水层越来越小，富水地段几乎被咸水占领[16]，基本无好水可采。因此，大魏家水源地近年已处于停采状态，只有七顶山的一个井还在开采。

表1 大魏家地区多年海水入侵情况统计表Table1 The seawater intrusion for many years in the Daweijia region

表2 海水入侵等级划分及量化指标Table2 Hierarchies and quantitative standards of seawater intrusion

图3 2004年枯水期、丰水期地下水Cl－等值线图Fig.3 The groundwater chlorion contour map of low－water season and plenty water season in 2004

图4 2005年枯水期、丰水期地下水Cl－等值线图Fig.4 The groundwater chlorion contour map of low－water season and plenty water season in 2005

3 结论

大魏家喀斯特水源地的海水入侵比较复杂，本文通过该地区的地质构造、喀斯特发育规律和地下水动态变化，结合Cl－含量，分析海水入侵的现状得到如下结论：

a.区内地下水类型主要为喀斯特裂隙水，受地层岩性、地貌和地质构造影响，滨海喀斯特裂隙发育强，地下水富水性高。由于过量开采，引起海水入侵。

b.由于大魏家断层和田家房身断层切割岩体的作用，加剧了裂隙和喀斯特的发育程度，成为地下水渗入和运移的主要通道，影响着地下喀斯特的发育。

c.枯水期较丰水期海水入侵严重。通过控制地下水开采量，近年来水源地内地下水的质量已经出现逐年恢复迹象。

d.为预防海水入侵，应建立大魏家喀斯特地下水动态监测系统，预测海水入侵发展趋势。当海水入侵呈前进态势时，应立即采取相关措施遏制其发展。

e.对海水入侵问题的治理，急需对重点地段建立地下喀斯特水库，使海水输运通道不通畅，并节约有限的地下水资源。

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