深圳市海水入侵形成原因分析

耿雪峰 肖林超 汪 磊

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028)

深圳市海水入侵形成原因分析

耿雪峰 肖林超 汪 磊

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028)

在分析海水入侵形成机理的基础上，从特殊地质环境及相关自然因素和人类工程经济活动两大方面分析了深圳市海水侵入的原因，启示我们在大力发展经济建设时，应统筹考虑对人类生存的自然环境的保护，不能以牺牲生态环境来换取经济效益。

海水入侵，形成机理，特殊地质环境，人类工程经济活动

海水入侵是当今世界上沿海地区常见的地质灾害。大连、秦皇岛、莱州、龙口、烟台、青岛等地已出现了不同程度的海水入侵现象。深圳市自20世纪70年代末期出现了海水入侵地质灾害，使地下淡水资源遭到破坏，地质环境趋于恶化。随着我国沿海地区的对外开放和工农业的迅速发展，由海水入侵地质灾害引起的地质环境问题，将日益成为制约沿海地区经济发展的重要因素。本文对深圳市出现海水入侵的原因进行分析，将有助于合理利用和保护好沿海地区地下水资源。

1 海水入侵地质灾害形成机理分析

根据吉本—赫兹伯格原理，海水入侵的基本原理见图1。以海平面为界，海平面以下淡水厚度应是海平面以上淡水厚度的40倍［1］，即Z=40hf，因此地下水水位一个较小的下降，就会引起咸水体向着淡水体一个较大的推进。

图1 吉本—赫兹伯格原理图

海水入侵陆域地下淡水含水层，其基本条件是地下淡水含水层与海(咸)水间水力联系通道的存在。根据已有资料描述，深圳市沿海地区系第四系冲洪积和海积平原，绝大部分具有海水入侵的水文地质条件［2］，但海水入侵通道畅通速度因岩土层的孔(裂)隙的大小等因素的不同而有一定差异。海水入侵就是因为地下咸水与地下淡水的动态平衡状态由于人为或自然原因遭到破坏。

2 特殊地质环境及相关自然因素造成海水入侵

2．1 海(咸)水沿海岸带第四系松散孔隙含水层入侵

深圳市砂砾海岸带主要分布在东部，西部则主要是几条较大河流如茅洲河、大沙河等河流入海口，这些地段部分表层有厚度不大的淤泥质土。这些海岸地形地貌上多属冲洪积和海积平原，地势低平，地面高程一般为1．0 m～3．0 m，浅层及地表主要为第四系松散砂、砾石层，透水性较强。在自然状态下含水层中的咸、淡水是维持在一个相对稳定的动态平衡状态，但是这种平衡往往由于自然的原因而被破坏。自然因素包括陆域范围地表水(大气降水)补给不足(旱季或干旱年)，致使陆域范围地下淡水水位下降，相对变化较小的海水水位，呈现强势，也可造成海水的入侵范围加大［3］。对于入海河流，气候干旱河水流量减小河水位下降，加大海水沿河倒灌，也就加大了海水通过河流两岸松散含水层的入侵。即使海岸带分布的一些淤泥质土，其下部也多有冲洪积或海积松散砂层，这些松散砂层同样是海域和陆域地下水的通道，也为海水入侵提供了良好的水文地质条件，这种海水入侵是深圳市海水入侵的主要类型，也是分布最广的一种海水入侵。

2．2 海(咸)水沿海岸带基岩裂隙入侵

基岩海岸带总长约81．9 km，约占整个海岸线35%，主要分布于东部大鹏湾、大亚湾西侧的大鹏半岛沿岸，西部主要见于妈湾一带，这部分岸线曲折、湾岬相间且岸带较狭窄。据勘察资料显示，由于地处于亚热带气候区，地表及一定深度风化作用较强，加之区内构造十分发育，致使基岩裂隙发育，且发育深度大，如花岗岩风化深度最大达40余米，如KC1，KC2及KC47号孔，一般风化带西部为11．00 m ～25．10 m，东部为4．80 m ～17．90 m，这些裂隙为地下水的储存与运移提供了良好的空间和通道，造成海域咸水与陆域淡水互相贯通。在自然和人为因素影响下也可形成海水的入侵，由于受地形岩性及裂隙带发育程度制约，海水入侵宽度一般不大，东部基岩海岸区多为100 m～200 m不等。

2．3 涨潮时海水沿河道上溯

深圳市较大入海河流共有10条，分别注入珠江口、深圳湾、大鹏湾及大亚湾。这些河流均直接与不同海区相接，因此这些河流中、下游的河水位，受其海水潮汐的影响较显著，海水可沿入海河流的河道上溯，使河流两岸及河床与咸水直接接触，这就使海水入侵的岸线长度增加，海水入侵的范围增大，增大的程度与潮位的高低，河道内淡水量大小，河道两岸地层的透水性以及河道建设等情况有关［4］。

潮汐作用虽呈周期性变化，但其强度不均匀，一般高潮位为1．50 m～1．80 m，最大可达2．45 m，因此海水每天在河道内上溯的距离也不等。各河流因潮位上涨海水沿河道上溯的距离及河道建设概况见表1。

表1 深圳市主要入海河流海水上溯及建设概况表

该类海水入侵从平面上看，具有近海口处宽，远离入海口处逐渐变窄。深入陆域范围一般与河流的水文特点及水文地质条件关系密切。

2．4 风暴潮加剧海水入侵

风暴潮是海岸带一种自然灾害现象，由于剧烈的大气扰动，如强风导致了海水异常升降，使其受影响海区的潮位大大超过正常潮位的现象称为风暴潮。我国沿海为风暴潮易发区，沿海海口发生风暴潮的频繁程度可能居世界之首［5］。有资料显示我国自20世纪50年代以来沿海台风风暴潮的频率，总体上是在增加，尤其特大风暴潮呈明显上升趋势。有学者推测全球变暖，将增加产生台风的机会，深圳海岸带特殊的大陆架，沿岸河口与港湾、复杂的地形等，对风暴潮的发生十分有利。

台风风暴潮多发生于夏秋季，其特点是来势猛、速度快、强度大。风暴潮虽时间短，但潮位高，甚者海水可直接淹没海岸带部分低洼地带，海水入侵形势自然也是空前的，风暴潮虽然是短暂的，但大量海水淹没陆地，不仅造成其他经济损失严重，带来的海水入侵地质灾害也是不容忽视的。由于海平面的大幅度抬高，因此无论是何种海岸带都将加剧海水入侵地质灾害的程度。

2．5 海平面上升

据IPCC(国际气候变迁)的研究报告，在过去100年内由于温室气体排放的增加而导致全球年平均气温升高了约0．6℃，使得全球海平面平均上升了10 cm～20 cm。气候变暖可从两个方面影响海平面的上升：一是极地冰盖和高山冰川融化，使海洋里的绝对水量增加;二是温度上升导致海水热膨胀［6］。

长期监测结果表明：中国沿海海平面多年来总体呈上升趋势［7］。近50年来，中国沿海海平面平均上升速率为2．5 mm/年(东海为 3．1 mm/年、黄海 2．6 mm/年、南海 2．3 mm/d、渤海2．1 mm/年)，大于全球海平面上升速率1．5 mm/年。预计未来数年，中国沿海海平面，总体上将继续保持上升趋势。2006年和2013年中国沿海海平面将比2000年平均海平面分别高10 mm和28 mm。而经济发达又十分敏感的珠江三角洲、长江三角洲和天津地区海平面相对上升幅度将要大得多［8］。2008年，中国沿海海平面为近10年最高，比常年平均高60 mm［9］。

据相关资料显示［10］，深圳市海平面上升速率虽不大(约2．3 mm/年)，却大于全球海平面上升速率(1．5 mm/年)。作为一个还处于发展阶段的海滨城市，海平面的上升将是近海海岸带引起海水入侵不可忽视的因素。海平面不断上升使地下咸、淡水之间的水动力平衡不断被破坏，加剧了地下咸水进一步入侵地下淡水区;同时也加剧了入海河流海水沿河道上溯的距离，从而扩大海水入侵范围，也破坏了入海河流河口沉积规律。

3 人类工程经济活动

3．1 大量抽取地下淡水

深圳市建市近30年各类工程建设一直处于高速发展态势。初期阶段由于自来水供应尚不完善，许多地段大量而无序的开采本来就不丰富的地下水资源，使这些地段地下淡水水位急剧下降，淡水水位急剧下降为海(咸)水入侵让出了空间，造成海水入侵(见图2)。这也是目前各地引发海水入侵的重要原因之一。

图2 大量抽取地下水引起海水入侵示意图

21世纪初政府在发现该问题的严重性后，曾下文要求封闭已有机井、水井，禁止开采地下水，文件下达后，封闭回填了不少机井及民井。地下水从此得以逐渐恢复。海(咸)水入侵因此也得到有效的控制，部分地段地下淡水必将得到相应的恢复。

3．2 河流上游修建水库蓄水

深圳市虽然降雨量丰沛，但时空分布不均匀，导致人均水资源严重不足。为缓解这种矛盾，区内修建了数百个大大小小的水库，其中工作区内河流上游也修建有近百座水库，如茅洲河上游的罗田水库及西乡河上游的铁岗水库等。

这些水库虽然一定程度上解决了深圳市水资源不足的问题，但对环境产生了一定负面影响。由于深圳旱季较长且水库多为供水水库，一般不向下游放水，多数河流下游近乎干枯，如大沙河干旱季节下游几乎无水，河床裸露，沿河地带地下水水位降低，在这种条件下，海水极易入侵河流两岸地下淡水区。一方面咸水沿河道两岸直接入渗含水层，扩大海水入侵范围;二是河道内无足够的淡水淡化进入河道的海(咸)水，造成进入含水层咸水咸度增加，加重海水入侵灾情。如大沙河枯水季节对河水进行分段加密取样，由于河水中淡水量很少，海(咸)水上溯距离达3．2 km。

3．3 高位海水养殖

深圳市海岸带部分地段利用有利的地形(低平)开展海水养殖历史悠久，解放后尤其是改革开放以来，人工养殖业得到较大的发展。如东部新圩及王母河、东涌、西涌、坝光近海岸地段均有高位海水养殖，其面积共约3．70 km2。高位海水养殖，即通过人工渠道直接将海水引入陆域，然后提到陆域平坦低地(一般高程为1．5 m～3．0 m)进行分池养殖，由于使用的是海水养殖，也就使这些养殖地段长期处于海水的浸泡之中。也就形成一种人为引海水上陆，海水进入陆域，使这部分陆域地表及浅层长期处于海水浸泡之中，海水在这些地段不断入渗地下，形成地下咸水带。这一现象可称为一种人为引起的海水入侵，也可视为海水入侵的一种特殊形式。

3．4 填海工程

填海工程由于原海水或赋存于各类土层中的咸水，在填海过程中未做且难以做到完全清除。我们将这部分保存于原海底岩土层或填土层中的咸水称为封存咸水［11］。这些封存咸水对工程的危害类同于海水入侵的咸水，再者深圳市沿海地区这种类型填海工程也有一定数量，因此将这类灾害纳入海水入侵地质灾害中的一种特殊类型加以评述。

填海区由于各种工程处理及所处地质环境差异，致使其地下水中Cl－浓度差异较大。填海区地下水中Cl－浓度差异大的原因，经分析有以下几方面：

一是填筑工艺不同，直接填筑会导致部分海(咸)水滞留于含水层之上部，相较于围起填筑区—抽干海水—填筑的方法，会使含水层中地下水有较充足的咸水补给，因此地下水中Cl－浓度也就偏高。

二是填筑层的透水性差异、填筑时间长短，影响地下水中Cl－的浓度。如填筑层透水性好，填筑时间久，则由于长期接受大气降水的入渗补给，致使地下咸水逐渐淡化，反之用透水性差的素填土填筑就会使地下水中Cl－浓度变高。

三是地下水动力条件不同造成地下水中Cl－浓度的差异。如填筑层与原地下含水层相通，且地下水位高于海水位，则封存于地下的咸水由于上部淡水长期入渗补给封存古咸水中，也可淡化地下咸水浓度。

为查明填海区地下水水化学特征在垂直方向上的变化特征。本次工作在后海湾填海区施工建立了三个监测不同深度、不同层位地下水水位及水化学特征的监测孔，其初步监测结果见表2。

深圳填海区、海底多存在有厚度不等的淤泥，为使填海区满足工程需要，所采用的填筑方式也不同，据了解目前有挤淤法、换填法和堆载预压法这3种填筑方式，换填法和堆载预压法仅见于深圳宝安国际机场。无论哪种方法填海，地下均存在或多或少的封存咸水。

表2 填海区监测孔监测成果表

4 结语

深圳市海水入侵由其特殊地质环境及相关自然因素造成，更为重要的一个原因是人类的工程活动为海水入侵提供了条件。大量抽取地下水、河流上游修建水库蓄水、高位海水养殖和填海工程使得地下淡水水位急剧下降。尤其在咸淡水分界面附近大量开采淡水，致使淡水水位急剧下降，为海(咸)水入侵让出了空间，造成海水入侵。

我们在大力发展经济建设时，应统筹考虑对人类生存的自然环境的保护，不能以牺牲生态环境，来换取经济效益。以环境资源换取经济效益这种做法也许会在短时期有很好的经济效益，但是在不久的将来，我们或我们的子孙可能会付出更大的代价来进行弥补，修复我们赖以生存的生态环境。

［1］辛 江，王教河，马 举．辽宁沿海地区海水入侵的成因及防治措施［J］．东北水利水电，2002，20(4)：1-2．

［2］郭占荣，黄奕普．海水入侵问题研究综述［J］．水文，2003，23 (3)：1-6．

［3］杨吉龙，韩冬梅，肖国强，等．秦皇岛洋河—戴河冲洪积平原第四系含水层海水入侵机理分析［J］．地质调查与研究，2009，32(2)：144-149．

［4］魏玲娜，陈 喜，付 娜，等．势函数法分析海水入侵界面动态变化［J］．中国科技论文在线，2006(2)：9．

［5］张晓龙，李培英，刘月良．黄河三角洲风暴潮灾害及其对滨海湿地的影响［J］．自然灾害学报，2006，15(2)：10-13．

［6］丁荣荣，左军成，杜 凌，等．南海海平面变化规律以及比容海平面和风的影响［J］．中国海洋大学学报，2007，37(SⅡ)：23-30．

［7］国家海洋局．2003年中国海平面公报［EB/OL］．［2011-05-13］．http：//www．coi．gov．cn/gongbao/nrhaipingmian/nr2003/ 201107/t20110729_18978．html．

［8］王思敬，温庆博．海岸带城市化的环境地质问题［J］．海岸带地质环境与城市发展，2005(7)：32-33．

［9］国家海洋局．2008年中国海平面公报［EB/OL］．［2011-04-26］．http：//www．coi．gov．cn/gongbao/nrhaipingmian/nr2008/ 201107/t20110729_18944．html．

［10］孔 兰，陈晓宏，张 强，等．海平面上升对珠江口水位影响的分析［J］．生态环境学报，2010，19(2)：390-393．

［11］郭 伟，朱大奎．深圳围海造地对海洋环境影响的分析［J］．南京大学学报，2005，41(3)：286-296．

The causes of seawater intrusion in Shenzhen city

GENG Xue-fengXIAO Lin-chaoWANG Lei

(Shenzhen Geotechnical Investigation＆ Surveying Institute Co．，Ltd，Shenzhen 518028，China)

Based on the formation mechanism of seawater intrusion，the causes of seawater intrusion in Shenzhen city is analyzed from the aspects of the special geological environment as well as associated natural factors and human economic activities．As a revelation，overall plans should be made to prevent environment from the pollution of the environment in exchange for the economic interest．

seawater intrusion，formation mechanism，special geological environment，human economic activities

P731

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.13.042

1009-6825(2014)13-0068-03

2014-02-23

耿雪峰(1981-)，男，工程师; 肖林超(1981-)，男，工程师; 汪 磊(1983-)，男，工程师