广东省硇洲岛海水入侵研究

(广东省地质局第四地质大队，广东 湛江 524049)

海水入侵指滨海地区由于人为超量开采地下水，引起地下水位大幅下降，海水与淡水之间的水动力平衡被破坏，导致咸淡水界面向陆地方向移动，海水侵入到淡水含水层系统的现象。曾经广东省湛江市硇洲岛随着地下水开采量的不断增加，造成该岛临海村庄出现井水变咸、供水困难等现象，具有明显海水入侵的迹象。后来采取了有效措施使得淡水水位有所回升，海水入侵没有进一步恶化。

1 硇洲岛地质条件

1.1 气象

硇洲岛处于北回归线以南的低纬度地区，属北热带海洋性季风气候，日照时间长，终年受海洋气候调节，气候特征表现为风害多、雷雨频、雨量集中、夏季长而冬季短、温和潮湿。岛内年平均气温23.4℃，最热月平均气温28.6℃，最冷月平均气温16.2℃，雨量充沛，年平均降雨量1 317.6 mm，年平均相对湿度84%；年平均蒸发量1 191 mm。

1.2 基础地质

硇洲岛以火山地貌为主，沿海局部有小面积的海积阶地、海漫滩和砂堤砂地；东海岸海浪冲刷强烈，形成海蚀崖和海蚀漫滩；西海岸地形较低，多为海积漫滩。

硇洲岛出露地层均为第四系。据钻孔揭露，地层自上而下依次为第四系和第三系。其中，新近系的下洋组、第四系的湛江组是本岛最重要的承压水含水层位。硇洲岛内岩石主要有火山岩。为雷北火山喷发盆地的火山岛屿部分，火山活动始于新近纪中新世，结束于第四纪更新世末期。构造上位于雷琼断陷区北部，地跨雷北隆起与雷南斜坡两个三级构造单元。

1.3 水文地质

1.3.1 区域水文地质概况

硇洲岛位于雷琼自流盆地北段，于新生代雷琼断陷的东北部。硇洲岛总体呈近似一个北东向的等边梯形，北东向中轴长10.5 km，北东边宽6.5 km、西南边宽7.4 km，岸线总长约45.6 km，陆地面积56.0 km2。岛内地表水系不发育，以源近流短的季节性沟谷溪流为主。岛内沿玄武岩台地前缘陡坎出露有泉水，泉水流量为0.125～2.8 L/s不等。岛内没有大中型的蓄水设施，水库均为小型水库，数量不多，有些因用途改变已经失去蓄水功能。

据硇洲岛海洋水文观测站资料，本海区潮汐和潮流均为不正规半日潮，其特点是在一天中相邻两次高潮和低潮的高度都不相等，涨、落潮历时也不相等。本海区多年实测平均海平面高程介于-0.12～-0.35 m之间(1956年黄海高程系)，多年平均海平面波动值介于0.13～0.30 m之间。本岛区附近海域波浪以风浪为主，受风场控制，波浪方向以东北东向为主，次为南东及东向，偏西向波浪极少出现。而涌浪的分布大体与风浪相同。

1.3.2 研究区氯离子和矿化度背景值特征

以往区水质分析资料表明，本岛的地下水无论是沿海近岸带或是中心区、火山岩孔洞裂隙水还是松散岩类孔隙水，其矿化度均为<500 mg/L的淡水。近年，由于受到人类活动的影响，岛内的地下水水质已有较大的变化。从最新取样分析结果看，岛内的地下水按矿化度大小可分为淡水(矿化度<1 000 mg/L)、微咸水(矿化度1 000～3 000 mg/L)、咸水(矿化度>3 000 mg/L)三个类型。

1.3.3 研究区水文地质

硇洲岛地下水按含水介质类型、赋存条件、水力特征等划分为松散岩类孔隙水、火山岩类孔洞裂隙水二大类。松散岩类孔隙水按含水层埋藏深度、水力特征及开采条件等，又可分为浅层潜水—微承压水(含水层埋深<30 m)、中层承压水(含水层埋深30～200 m)、深层承压水(含水层埋深>200 m)。火山岩类孔洞裂隙水分布硇洲岛绝大部分地段。含水层为风化、半风化气孔状玄武岩、裂隙玄武岩及火山碎屑岩、层状凝灰岩叠置而成，该层地下水具有埋深浅、水质好、易开采的特点，是硇洲岛居民的主要供水和开采层位。但该层也是本岛海水入侵的主要含水层，近年来，由于岛内集中、过量开采该层地下水，造成水位埋深大幅下降，很多已达0m标高以下，目前除中部地区及硇洲镇区一带为淡水外，其余沿海地方已不同程度地被咸化。

2 海水入侵特征及原因分析

2.1 海水入侵特征

硇洲岛地下水开发已有近半个世纪的历史，本世纪初之前，除农村生活用水及农业灌溉用水绝大部分取自浅层水。岛上农作物仅有少量水稻和甘蔗，其灌溉方式主要依靠大气降水，全岛地下水年开采量不足400万 m3，且开采布局分散，未能形成明显的降落漏斗，沿海地区浅层水水位均高于海平面，水头压力对海水维持正压力场特征，成为阻断海水入侵的良好屏障。

硇洲岛是一个火山岩孤岛，沿岸大部分地段出露晚更新统湖光岩组(Q3h)火山熔岩，气孔和裂隙较发育，不具备天然阻隔海水入侵的作用。随着本世纪初岛上大面积垦荒种植香蕉及沿海滩涂大量开发为对虾养殖场，农业灌溉及虾池换水对地下水的开采量需求急剧增加，导致浅层水水位快速下降，环岛近岸区浅层水水位普遍低于海平面3.0～5.0 m，局部地段低于10.0 m，浅层水相对于海水的水头正压场消失，地下水水动力环境遭到破坏，浅层水对海水入侵的屏蔽作用丧失，导致近岸500 m范围发生明显的海水入侵，局部地段入侵范围纵深达1 000 m。

2.1.1 以侧向入侵为主，垂向入侵为次

因为硇洲岛滨海地区(包括潮间带)大部分为渗透性较强的气孔状玄武岩与海水直接接触，随着近几年(主要为2003以来)岛上地下水开采量的急剧增加，滨海大部分地区的潜水位急剧下降并低于海平面，潜水位相对于海水的水头压力差转化为负值，海水便沿着渗透性较强的气孔状玄武岩侧向入侵，导致滨岸大部分地段的浅层水咸化。目前，浅层水水质咸化地带的影响纵深一般在300～500 m，局部达1 000 m。在垂向上，沿海地区在湖光岩组气孔状玄武岩之下，分布有5.0～15.0 m厚的火山碎屑岩(以薄层状凝灰岩为主，底部夹杂火山角砾岩)具有一定的隔水作用，而在火山碎屑岩之下，则有数层厚度在3.0～5.0 m不等的湛江组杂色或灰色粘土层，具有良好的隔水性能，因此，在垂直方向，海水入侵作用尚不明显。虽然近岸地区相当一部分井深60.0～100.0 m的机井水质变咸，应为施工过程中对已遭受海水入侵的浅层含水层没有进行有效止水，而形成混层抽水的结果。如下大伦村北东施工的水井，井深100.0 m，由于对浅部含水层采取了严格的止水措施，该井现场氯离子测定含量仅87.0 mg/L，水质并未咸化，而在该井南西50.0 m施工的另一口同样为100.0 m深的机井，因为未对浅层含水层进行有效止水，其水质明显变咸而不能使用。

2.1.2 入侵速度快，危害严重

如前所述，由于硇洲岛仅在本世纪初才开始大规模的产业结构调整，导致地下水开采量急剧增加，水位快速下降。2003年以前，仅局部滨海滩涂虾场面积较大地段，由于50.0 m以浅的开采井集中，形成局部降落漏斗，发生海水入侵的范围仅局限在个别港湾处，如六竹港、北港水库等地近岸地带。至2006年底，在短短4年时间内，由于岛内香蕉种植和对虾养殖所产生的财富效应驱动，岛上几乎每一寸土地都被开垦种植香蕉。沿海大部分滩涂及部分离岸较近的火山岩低台地被开挖成养虾池，全岛新增50～120 m深的机井达1 500多眼。部分近岸地区的机井密度达50～60眼/km2，而且以浅、中层含水层为主要开采对象。近乎掠夺性的资源开采，使硇洲岛地下水位快速下降并形成区域性降落漏斗，从而导致环岛近岸地区形成较大规模的海水侧向入侵。

2.2 海水入侵原因分析

2.2.1 自然因素

自然因素只是对海水入侵起一定的影响和控制作用。全球气候变暖，导致硇洲岛沿岸海平面上升5～6 cm。随着海平面上升，引起海水入侵。

硇洲岛是一座火山孤岛，环岛海岸及滩涂大部分出露湖光岩组(Q3h)玄武岩，气孔、裂隙较发育，渗透性强，对防止海水入侵极为不利。硇洲岛除西部硇洲镇和局部港湾地段的海滩沉积有0.5～2.0 m厚的淤泥或淤泥质砂，稍具隔水性能外，其余绝大部分海岸及滩涂均出露湖光岩组(Q3h)玄武岩，气孔、裂隙较发育，透水性较强，并与海水具有密切的水力联系。在浅层水和潜水的水位高于海平面时，地下水沿玄武岩的气孔、裂隙排泄入海，反之，当浅层水和潜水的水位低于海平面时，在水头压力差的作用下，海水沿着玄武岩的气孔、裂隙反补地下水，从而引发海水入侵。因此，沿岸地区含水层的岩性及岩土结构是形成海水入侵的重要自然因素。

2.2.2 人为因素

淡水抽水量超过了它的补给量，使海岸带附近地下水“水头”不断下降，出现 了淡水体的“水头”低于附近海水“水头”的现象，海水与淡水之间的水动力平衡被破坏，导致咸淡水界面向陆地方向移动，就会出现海水入侵。即海水入侵是源于人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏。

历史上，硇洲岛近岸地段地下水没有被海水入侵，全凭浅层水及潜水水位高于海平面，保持水头压力正值，屏蔽了海水入侵。

有限的地下水资源与日益膨胀的需求间产生了严重矛盾。硇洲岛的产业结构、经营模式和生产技术方法与该岛地下水可采资源的承载能力严重失衡。以岛内香蕉种植和对虾养殖两大支柱产业为例，本世纪初以前，硇洲岛几乎没有香蕉种植，沿海对虾养殖也不足100亩。从1992年开始，岛内香蕉种植迅猛发展，据硇洲镇农委办2006年底统计，其种植面积已达2.6万亩，几乎每一寸土地都被种上了香蕉。对虾养殖面积也迅速发展到1 700余亩。而上述两大产业的耗水量极高，岛内地表水资源匮乏，年供水量不足50万 m3，主要依靠开采地下水灌溉和虾池换水，据有关部门初步统计，仅此两项支柱产业，年地下水开采量即达2 066万 m3，加上工商、生活饮用水及其他农作物灌溉，全岛年均地下水开采量已达2 346万 m3，远远超出该岛浅、中、深层地下水可采资源总量(1 176万 m3)，地下水的平均开采系数(K)为1.99，沿海地段地下水开采系数(K)超过2.0，属严重超采。此外，对地下水资源开采的法制化、规范化和科学化管理职能的缺失，导致岛内种植户、养殖户各自为政，盲目打井，掠夺性开采，无节制的漫灌，进一步加剧了资源的供需矛盾。岛内地下水资源的严重超采，直接导致了全岛范围地下水降落漏斗的形成和浅层地下水水位的快速下降。如岛上北西部的六竹、晏庭、潭北湾；北部的后角、大浪、烟楼；北东部的潭北湖、斗龙、潭井及南部的英明、德斗等沿海地区，30.0～50.0 m深的浅井，自2003年后水位逐年下降，由初时的2.0～5.0 m标高下降至-3.0～-8.0 m，局部下降至-10.0～-18.0 m标高(如黄屋、大浪、潭北湾的水井等)，形成大范围的超采负压区，而上述这些地区也是海水入侵最严重的。因此，集中、超量开采地下水，是引发硇洲岛海水入侵的直接人为因素。

3 结语

通过对硇洲岛海水入侵现状调查及入侵原因、发展趋势的研究，取得了以下认识和成果：

1)查明海水入侵范围及危害现状。2014年对126个机井，17个民井的调查，取样分析，并结合高密度电阻法划分咸淡水界线分析，硇洲岛除硇洲镇附近沿岸一带未被海水入侵外，其余近岸地带多出现程度不同的海水入侵现象，分布范围沿硇洲岛近岸呈环带状分布，并且以港湾向岛上陆地延伸部位最为明显。平面入侵一般到达离海岸500 m左右的位置，局部达到1 500 m，垂向入侵主要为30～70 m深度的浅、中层水含水层，其中海水入侵严重的外环带分布面积约13.6 km2，地下水中氯离子含量一般>500 mg/L，浅层地下水已完全失去利用功能；海水入侵轻微区的分布面积约3.5 km2，地下水中氯离子含量一般在250～500 mg/L，浅层地下水部分失去利用功能。遭受海水入侵地区总面积为17.1 km2。与2006年相比，海水入侵有所缓解。

随着硇洲岛地下水开采量的逐年增加，地下水位持续下降，海水入侵向内陆扩展的速度在逐步加快，部分水井相继水质咸化，相当一部分水井失去灌溉和饮用功能。自2003年至2014年先后有300多眼20～100 m深的井因海水入侵、水质咸化而失去饮用和灌溉功能，大量民井、机井报废，近万名群众因此出现饮水困难，1 000多亩耕地出现土地板结盐渍化或农田盐碱沼泽化，造成经济损失严重。可见，海水入侵已经严重影响了海岛的人居环境，一定程度抑制了社会经济的可持续发展。

2)对海水入侵的内在因素及外部原因进行了初步研究探讨。硇洲岛是中晚更新世时期由基性玄武岩浆喷发而形成的火山岛屿，当炽热的岩浆喷溢出地表并与海水接触时，因快速冷却成岩而形成大量气孔和收缩裂隙，因此，环岛滩涂大量分布的气孔状玄武岩其孔洞裂隙水便与海水存在密切的水力联系。通常情况下，玄武岩孔洞裂隙水在水头压力的作用下向海水排泄，但随着岛内地下水的大量开采，地下水水位下降至海平面以下，便形成海水反补(入侵)，上述不利的水文地质环境条件是硇洲岛产生海水入侵的内在因素。而外部原因主要是人为大量超采浅-中层地下水，导致近年来地下水位快速下降而引发海水入侵。

通过对硇洲岛海水入侵现状调查及入侵原因、发展趋势的初步研究，提出遏制硇洲岛日益严重的海水入侵危害对策建议：

(1)按照《中华人民共和国水法》和《取水许可制度实施办法》等法律法规文件，制定硇洲岛地下水资源开采申报、审批和取水许可制度，严格禁止目前随心所欲，滥采、超采地下水的不法行为，把地下水开采纳入法制化管理的轨道。

(2)根据地下水资源潜力，切实调整全岛产业结构，大幅度调减耗水量大的香蕉种植面积，推广种植耗水量少，经济效益高的优质热带水果，从根本上解决农业灌溉过度消耗地下水资源的不合理局面。

(3)对已遭受海水入侵的沿海地区，应关闭封填所有浅层水开采井，大量调减中层水开采井，适当增加深层水开采井。总体按照地下水资源采补基本平衡的原则调控开采井数量及地下水开采量。

(4)大力推广农业产业集约化经营模式，全面应用啧灌、滴灌、微灌等节水灌溉新技术，减少地下水资源的严重浪费，构建节水型经济发展社会。

(5)利用有利的水文地质、地形、地貌条件及充沛的大气降水条件，大力兴建小型山塘、水库、储水坑，实施天然与人工相结合的回灌工程建设，增加浅层水的补给量，保障浅层水压力维持。