东莞交椅湾滨海地区地下水潮汐效应分析

2021-05-13黄文龙

地下水 2021年2期

黄文龙

(广东省地质调查院，广东广州 510080)

在滨海地区地下水受潮汐作用的影响，往往随潮汐变化出现有规律的波动，这是滨海地区地下水的潮汐效应[1]。分析地下水潮汐效应对了解滨海地区水文地质特征具有重要意义，周训等[2-3]在北海滨海地区进行了相关研究，取得了有意义的结果。本文结合地下水位自动化监测数据与潮汐数据分析珠江口交椅湾滨海地区地下水动态特征及其与潮汐变化的相关关系。

1 研究区地质环境背景

东莞交椅湾地区位于珠江口交椅湾海域北东侧，属东莞滨海湾新区三大规划板块之一，毗邻深圳。地貌以滨海平原为主，地势较平坦开阔。西侧以磨碟河为界，以西为沙角，东侧以东宝河为界，与深圳宝安隔河相望。地表水系稍发育，多自北西向南东径流入海。本区属南亚热带季风气候，多年平均降雨量1 802.5 mm。珠江河口海域的潮汐属不正规半日混合潮型，每日有两次高潮和低潮，但有日不等现象，距研究区最近的验潮站为龙穴岛北东侧的舢舨洲(图1)。

图1 观测站点位置图

研究区地表多被厚度不一的填土覆盖，下伏海陆交互相的第四系桂洲组(Qhg)、礼乐组(Qpl)地层，基岩多为中元古界云开岩群(PtY.)的变质砂岩、花岗片麻岩、片麻状花岗岩等。区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，孔隙水含水层岩性主要为礼乐组石牌段(Qhlsp)的中粗砂、粗砂、圆砾，平面上分布较不连续，局部呈透镜体状分布，厚度1.1～4.6 m不等，单井涌水量普遍小于80 m3/d，富水性贫乏；基岩裂隙水主要赋存于基岩风化裂隙、构造裂隙中，单井涌水量7.1～15.6 m3/d。本区地下水为咸水，较少开采利用活动，但附近属建设开发区，人类工程活动强烈，钻探、地基处理、基坑开挖等活动均有可能影响地下水。

2 地下水水位监测

为研究潮汐引起滨海地区地下水位的动态特征，在距离海岸线约1.6 km的ZK20孔处设置了地下水位自动化监测点，主要监测松散岩类孔隙水动态变化。ZK20自上而下依次揭露填土(0～1 m)、粉质粘土(1～4.24 m)、淤泥(4.24～9.5 m)、淤泥质细砂(9.5～12.53 m)、粉质粘土(12.53～18.35 m)、淤泥(18.35～27.2 m)、中粗砂(27.2～28.9 m)及砂质粘性土(28.9～31 m)，其中含水层位为中粗砂层，地下水性质为承压水。采用美国基康仪器的GK8002-1单通道数据采集仪及BGK4500S振弦式渗压计对地下水位进行长期自动化监测，监测起止时间为2019年9月27日至今，数据获取时间间隔为1 800 s，即30分钟/次，每天获取数据48组。

监测期内地下水位变幅并不大，但受降水、潮汐等因素影响，地下水位仍会出现比较明显的变化。监测期内地下水位标高平均值为5.20 m，最大水位标高为5.42 m，最小水位标高为5.00 m，最大变幅为0.42 m；另外，单日水位最大变幅为0.097 m，为2020年2月16日(最大水位标高5.286 m，最小水位标高5.179 m)，单日水位最小变幅为0.024 m，为2019年12月17日(最大水位标高5.366 m，最小水位标高5.342 m)。

表1 地下水位日涨落变化情况(2020.2.16-2020.3.17)

3 地下水潮汐效应分析

3.1 地下水与潮汐水位动态变化分析

为降低地下水受降雨补给对数据分析的影响，选取少有降雨影响的枯水期水位数据(2020年2月16日至3月17日)，并结合舢舨洲验潮站潮汐水位数据绘制动态曲线图(图2)。

据图2，在近一个月的监测周期内，地下水与潮汐每日均出现两涨两落的变化，二者具较好的相关性。潮汐水位具长、短周期性变化，长周期约为15 d，短周期约为24.83 h(即一个太阴日)，且每日潮差和涨落潮时间都有明显的不等现象，日最大潮差为2.21 m，日最小潮差为0.78 m，而地下水短周期变化亦较明显，日周期平均值约为24 h，但其第一次波谷出现时间较不规律，从凌晨1:30至5:30均有出现，第一次波峰、第二次波谷及第二次波峰出现时间则较为规律，出现时间分别为每天9:30前后、16:00前后及23:00前后，但都存在个别延迟日，最大延迟时间可达2 h；水位日最大变幅为0.088 m，日最小变幅为0.035 m，地下水变幅约为潮汐变幅的1/20。

图2 潮汐水位与ZK20井地下水位变化曲线图(2020.2.16-2020.3.17)

由图2可看出，虽已选取枯水期数据，但由于监测孔距海岸线较远，且受降雨补给影响，地下水位的趋势变化较难呈现长周期变化，如3月8日地下水位在出现连续自然下降后达本月水位最低值(5.124 m)，这与潮汐的长周期变化是不匹配的，另外3月8日前后恰为农历十五，为本月天文大潮，此后受降雨补给叠加影响，水位才迅速上升，同时在上升期间，两涨两落的日变化不明显，分析认为受降雨补给的叠加，两落的趋势被抵消，仅呈现一落，上升趋势减缓后，两落的趋势逐渐恢复。总体而言，在地下水总体呈上升趋势时，两涨两落的周期中变幅小的落程变化较不明显，而处于总体下降时，变幅小的涨程变化则相对不明显。

3.2 地下水对潮汐响应时间分析

对比潮汐与地下水动态涨落曲线的波形，可知二者虽具良好的相关性，但地下水对潮汐的响应具滞后性。为确定地下水响应的滞后时间，需找到二者相匹配的涨落周期及时间点。由上述，由于地下水本身具趋势性变化，整体上升或整体下降时涨落变化波形会受影响，因此需对数据作进一步分析。

观察潮汐波动曲线，可知相邻两次涨落具日不等现象，当两次涨落变幅差较大时，其中涨幅小的一次波动由于能量的不足，对地下水造成的影响也相对较小。据表2，从2月16日-2月29日，潮汐每天两次波峰差值范围为0.08～0.92 m，其中2月17日-2月26日潮汐两涨两落的日不等现象较为明显，而2月18日-22日两次波峰差都接近0.9 m，因此可根据这几天的涨落变化作为特征波形来匹配相应的地下水变化。由于潮汐每天两次波峰趋势为先小后大，因此地下水两次波峰趋势需匹配其特征，则地下水对应的两次涨程为当日第二次波峰及翌日的第一次波峰，据此计算地下水每日两次涨潮水位差值。经计算(表2)，2月19日地下水位波峰差值为0.036 m，可匹配2月19日的潮汐水位变化，相应的一次波峰潮汐时间点为2月19日10:54，地下水则为2月19日23:00，其滞后时间为12.01 h，二次波峰对应时间分别为2月19日20:18及2月20日10:00，滞后时间为13.7 h。

表2 潮汐每日两次涨潮水位差值情况(2020.2.16-2020.2.29)

同理可计算，2月20日两次峰值滞后时间分别为13 h、13.37 h，21日两次峰值滞后时间分别为11.12 h、12.08 h，22日两次峰值滞后时间分别为11.28 h、11 h，23日两次峰值滞后时间分别为11.5 h、9.48 h。其响应时间有减少的趋势，有可能是由于潮汐逐渐趋于天文大潮，能量的增大使得传播加速，滞后时间减少，另一方面由于地下水自身变化趋势及受周边人类工程活动的影响，使得水位响应变化不完全匹配潮汐，同时，虽舢舨洲验潮站处于交椅湾海域，但距离监测孔约9.5km，与监测孔附近海岸线的潮汐水位可能存在一定差异。