山东省博兴县浅层咸水入侵研究

2018-11-22冯颖吴清华

山东国土资源 2018年12期

关键词：博兴县小清河咸水

冯颖，吴清华

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州 253015)

1 研究区概况

博兴县隶属于山东省滨州市，总面积900.7km2，地处鲁中山地与鲁北平原的交接部位，地势低平，无大的起伏，海拔标高5～10m,为烟台、威海、青岛联结京津地区的枢纽位置，地理位置优越，境内公路、铁路四通八达，交通十分便。

1.1 地质概况

博兴县位于济阳拗陷区内，沉积了巨厚的新生代地层，其中，第四系沉积物厚度100～150m，主要为河湖相沉积物，古近系厚度大于1500m，为陆相碎屑含油、石膏、岩盐地层。现将新生代地层由老到新分述如下：

(1)新近系：新近纪上新世明化镇组为冲积、湖泊相沉积和山前冲洪积物交错沉积，厚度700～800m。岩性以砂质粘土为主，间夹粘土和砂层，颜色主要为灰褐、棕红、灰绿色，结构致密，多为固结及半固结状，普遍含钙质结核和螺壳碎片，局部含钙质沉积物和石膏。

(2)第四纪下更新统：冲积和湖积层，岩性以土黄、灰绿、灰褐色粘质砂土为主，局部夹棕红色粘土，砂层以粉砂、中细砂为主。该层底界埋深110m左右。

(3)第四纪中更新统：为冲积和湖积相沉积，岩性以土黄、灰黄、灰绿色粘质砂土为主，砂质粘土次之，中间夹1～3层砂层，局部含石膏板状晶体。

(4)第四纪上更新统：以冲积相沉积为主，湖相沉积次之，自上而下可分为三层，底界面70～85m不等。上层为灰黄、浅棕色粘质砂土、砂质粘土及砂层，中层为土黄、灰黄粘质砂土及灰黑色淤泥质粘质砂土，下层为黄灰、土黄色粘质砂土及砂层。

(5)第四纪全新统：以冲积相沉积为主，埋深一般14～20m，主要岩性为土黄色粘质砂土，粉砂夹砂质粘土。

Relationship of spiral rain bands and horizontal vorticity in typhoon Morakot

1.2 水文地质条件

区内地下水类型为孔隙水，根据含水层的水力性质和埋藏特点，在垂直方向上可划分为浅层潜水—微承压水、中深层承压水。

(1)潜水—浅层微承压水。含水层岩性以粉细砂、细砂为主，厚度15～25m。单井出水量30～50m3/h，水化学类型HCO3-Ca·Mg，小清河以南矿化度一般小于1g/L，水位埋深3～30m；小清河以北矿化度渐变为2～3g/L的微咸水，水位埋深1～3m。地下水以垂向运动为主，主要接受大气降水和灌溉回归水补给，以人工开采和蒸发为主要排泄途径。

(2)中深层承压水。埋深60～500m。由于受基底构造基础上的古地形及河湖相发育程度控制，小清河以北为黄河冲积平原，小清河以南为山前冲积洪积平原。小清河以南含水层岩性主要为粉细砂、细砂、中细砂和粗砾砂，厚度一般在30～50m，单井涌水量30～50m3/h，矿化度0.5～0.7g/L，水化学类型以HCO3-Na型水为主，其次为HCO3-Na·Mg和HCO3-Na·Ca·Mg型，水温一般19～25℃。小清河以北含水层岩性主要为粉细砂、细砂、中细砂，厚度一般在20～30m，单井涌水量20～30m3/h，矿化度0.8～0.9g/L，水化学类型为HCO3-Na型，水温一般23～25℃。由于地下水常年超采，博兴镇董高村一带的地下水位，从1979年的8～10m，下降到2002年的-91.34m，水位下降近100m，年下降速率4.34m，形成了以博兴县城为中心的降落漏斗，并与区域性降落漏斗连为一体。该部分地下水是区内生活及工业用水的主要水源。

2 咸水入侵现状分布

博兴县地形平坦，地下水径流滞缓，以垂直蒸发排泄为主。博兴县大面积滞留了在海侵中浓缩于地层中的古海水(咸-卤水)，并淡水含水层相连，易产生咸水入侵。区内浅层地下水位埋深浅但绝对标高低，地下水流向易于改变，当淡水水位因人为开采低于咸水水位时，咸水很快入侵到淡水含水层而成为咸水入侵区。

为研究查明咸水入侵的现状分布，收集了滨州市博兴县近几年的水质分析资料，并在20世纪80年代咸淡水分界线(矿化度2g/L)附近进行了加密取样和水质分析工作，确定了现状年的咸水入侵锋面(以矿化度2g/L为界)，各取样点水化学类型及矿化度与氯离子含量见表1。

表1 取样点矿化度、氯离子含量

博兴县浅层咸水入侵现象主要呈带状分布在博兴县小清河以南地区(图1)，形成原因主要是博兴南部浅层地下水大量开采，从而导致了南部浅层地下水降落漏斗的形成，使得北部的咸水向南补给，打破了南北咸淡水的平衡界线。博兴咸水入侵的方向为由北向南，现状年咸水入侵界线在利王—辛张—寨高—鲁崔一线，20世纪80年代至2017年咸水入侵面积大约为18.45km2。

1—80年代咸淡水分界线；2—2017年咸水入侵锋面；3—编号及矿化度(mg/L)图1 博兴县咸水入侵现状图

3 咸水入侵的原因

咸水入侵是在天然和人类活动复合作用下地下咸、淡水共同运动的流体动力学过程。地质和水文地质条件是咸水入侵形成的物质基础，人类不合理的工程、经济活动则是引发咸水入侵的主要因素[1-2]。

(1)气候。气候对咸水入侵起着重要的作用，自20世纪80年代以来，滨州市持续干旱，造成地下水补给量、地表河流径流量减少和地下水开采量增加，形成了一系列地下水降落漏斗，含水层中咸、淡水之间的动态平衡被破坏[3-11]。

(2)地质与水文地质条件。博兴县含水层连续性、透水性好，且呈现同一含水层咸淡水并存的局面，为咸水入侵的发生提供了物质条件。

(3)地形地貌。博兴县地势平坦，小清河以南为山前冲洪积平原，小清河以北为黄河冲积平原。微地貌形态以高地和坡平地为主，沿小清河地段地面标高相对较低，一般在5～6m左右。地形自南向北微微倾斜，地面坡降在1/8000～1/10000之间,地下水流向易发生变化，为咸水入侵提供了条件。

(4)地下水过量开采。20世纪70年代末、80年代初，当地工农业迅速发展，用水需求量急剧增加，地下水开采量急剧增长，造成博兴南部浅层地下水位大幅度下降，并逐步形成了降落漏斗(图2)。

1—1～2m埋深分区；2—2～4m埋深分区；3—4～6m埋深分区；4—6～8m埋深分区；5—大于8m埋深分区；6—等水位线；7—埋深分区界线；8—地下水流向；9—河流排泄地下水；10—水位标高及埋深(m)图2 博兴县等水位线图

4 咸水入侵的现状及演化趋势

4.1 现状

20世纪70年代以来，博兴县地下水动力场发生了很大的变化。地下水水位埋深为2～10m，降至5～30m，最大水位降幅达20m以上，且在淡水区出现了面积接近162km2左右的地下水降落漏斗，为由南向北排向小清河，变为由北向南咸水逐渐入侵，入侵体在平面上呈面状入侵，在剖面上呈楔状形态，博兴县现状年咸水入侵最大入侵距离为2.15km(图1)，最大入侵速率为0.06m/a,咸水入侵示意简图见图3所示。

1—含水砂层；2—粘质砂土；3—地下水水位线图3 咸水入侵示意简图

4.2 演化趋势

对咸水入侵的发展趋势进行预测，必须明确2个问题：一个是地下水的开采，另一个就是地下水的补给[12-15]。博兴南部浅层地下淡水主要用作农田灌溉，因井灌区灌溉水利用率提高难度大，耕地面积保持稳定，故井灌区农灌开采量也不容许再减少，基本维持目前开采水平或稍有减少。博兴县浅层地下水历年开采量见表2所示。

表2 博兴县浅层地下水历年开采量

该区地下水的主要补给来源为降水入渗补给，占总补给量的70%以上，根据气象资料，滨州市多年平均降水量为571.40mm(1983—2016年)，降水量比较均衡，同时该区地下水还接受南部山区地下水的补给，可以说该区地下水的补给量比较稳定。

由表2可知：博兴县浅层地下水的开采近几年呈逐渐并减少趋于稳定的趋势，补给量也较稳定，因此推断井灌区浅层地下水的补给与开发利用处于相对平衡状态，北部的咸水与南部的淡水处于相对平衡，咸水入侵趋势减弱。而通过分析多年的监测资料，也间接证明了这一趋势：博兴南部漏斗区地下水水位近年处于较为稳定的状态，并没有出现急剧下降的趋势(表3)。如曹王村监测点水位在补给和开采的共同作用下，近几年变化趋于平缓，甚至在最近几个年份出现水位回升的现象(图4)。而博兴南部的漏斗区范围也趋于平缓，没有明显加重的趋势(表3)。

根据以上数据，推断目前博兴县浅层咸水入侵处于相对平衡状态。