弥河下游咸水入侵成因及发展趋势研究

王 爽，刘 丹，田婵娟

（1.山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心，山东 济南 250100；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）

1 弥河下游咸水入侵成因

水动力条件和水文地质条件是咸水入侵形成必须具备的条件，因此弥河下游地区的咸水入侵成因可以从这两个方面进行探究。

1.1 弥河下游咸水入侵具备的水文地质条件

1）弥河下游第四纪沉积环境变化。弥河下游地区的地层结构主要是第四系地层，十万年来该地区沉积环境变化巨大。第四纪晚更新世早期，距今11～7 万年间，本区地下深度为43.5～60 m处出现了第一次海相地层；距今7～4.6 万年，地下35～43.5 m 处出现了陆相地层，此现象表明了海水的消退过程。在晚更新世中期，距今4.6～2.1 万年间，在深度23～35 m 处出现了第二次海相地层；在距今2.1～1.1 万年，在深度11～23 m 处出现了陆相地层。到最近的全新世时期，距今1.1～0.6 万年，深度8～11 m 处出现了本地区的第三次海相地层；距今0.6 万年以来，出现了现代滨海相沉积，深度在8 m 以上[1]。

10 万年来海陆相沉积环境的变化，与弥河下游地区所在的渤海莱州湾一带发生过的典型的三次海侵海退时间相对应，分别为第一次沧州海侵、第二次献县海侵和第三次黄骅海侵[2]。

2）卤、咸水的形成。弥河下游地区发生咸水入侵的物质来源是北部地下赋存的第四纪时期形成的巨厚的卤、咸水体，咸水和卤水都起源于古海水。古海水演化形成为地下卤水需经历两个过程。首先地下卤咸水的形成需要充足的盐分补给，包括涨潮时海水进行水平补给及海水淹没时自上而下的渗入补给。这是盐分补给的过程，主要形成了初期卤水。第二个过程是盐分积聚过程。陆相沉积层将赋存着古海水的海相沉积层覆盖，卤水层得以掩埋，形成良好的封闭环境。这是一次海侵形成第一次海相地层的过程。因此一次海相地层的形成包括海水入侵—盐分补给—盐分积聚—蒸发浓缩—形成卤水—卤水下渗—掩埋覆盖等一系列过程[3-4]。每过一段时间，经历一次海侵，地层被带来的海水覆盖，卤水的形成过程持续进行。每一次海侵海退过程都会形成一层新的卤咸水体，所以弥河下游地区形成的三层卤咸水体与晚更新世至全新世时期的三次海侵过程相对应。

3）含水层空间结构模拟。咸水入侵的特点是面积广泛且入侵层位复杂。通过建立表现含水层空间分布的地质实体模型，有助于正确认识和表达弥河下游地区的水文地质条件，从而明确咸水入侵的成因[5]。本文利用GMS 软件中的solid、map和GIS 模块，建立弥河下游地区地质实体模型，揭示含水层空间结构，查明咸水入侵层位及入侵通道。

经过野外钻探工作、资料收集与整理、钻孔数据分析、水文地质条件概化阶段，最终建立起水文地质实体模型，如图1 所示。具有相同岩性代号的地层形成相连续的曲面，在60 m 深度内所有钻孔揭示的地层均有7 层，且砂层的连续性好。

图1 含水层空间结构可视化模型图

弥河古河道含水砂层在空间上水平连续分布，加上含水层在海底方向上延伸状况良好，古河道砂层与北部咸水的埋藏层位有直接水力联系，即潜水含水层、微承压含水层、承压含水层分别对应历史上3 次海侵的古海水掩埋覆盖所成的海相层。因此咸水易于发生层状入侵，以及多层含水层的舌状入侵；根据打设的多层位监测井的监测数据来看，北部咸水主要入侵上部的含水层，即第I 潜水含水层及部分第II 微承压含水层，第III 深层承压含水层之所以受到侵染是因为研究区打井数量太多，当开采井开采深层淡水时，抽水过量或井壁封闭不好，深层咸水通过井孔补给上、下层古河道带发生的串层污染，即越流入侵。

自晚更新世以来，在沉积作用下，众多河流中的多层砂及砂砾石层形成了弥河古河道，古河道能够为地下淡水补给并且贮存地下淡水，在咸水入侵时又自然成为咸水推进的通道。北部埋藏着的咸水在越过咸淡水界面侵染淡水含水层时，由于良好的通道，能够形成水平连续的入侵面，使得咸水顺着砂层全面推进。同时，咸水体对其上、下的含水层也存在垂向入侵，研究区内存在很多已报废的水井等，这些是人为作用下所形成的的咸水入侵通道；此外淡水开采后水头降低，咸水体在高水头作用下越过含水层或农灌用井入侵到淡水层中，在径流作用下运移扩散，形成对上、下淡水层的入侵。咸水推进的速度也不相一致，取决于用水情况和古河道的形态特征。水资源消耗过大，古河道宽的区域入侵较快，狭窄的现代河床附近的入侵则慢一些。

由此可得结论，不同地质年代分层叠置的北部咸水体是咸水入侵的物质来源，具备一定透水性能的第四系沉积砂层沟通北部咸水与淡水，使本区具备了发生咸水入侵的水文地质条件。

1.2 弥河下游咸水入侵发生的水动力条件

自然及人为因素的双重影响，地下水位下降、南北水头差形成由于气候干旱和地下水超采引起，这是咸水入侵的水动力因素[6]。气候变化是本区发生咸水入侵的主导因素，降水偏少，蒸发量大，较为干旱的气候环境导致本区地表水资源短缺，弥河径流量小，加上弥河上游一座大型水库——冶源水库对地表水的拦蓄作用，区内地表水体与地下水之间的补径排关系已经十分微弱，地下水得不到充沛补给。为了满足经济发展和生产生活之需，人类大量开采南部地下淡水，导致淡水位持续下降，大范围的降落漏斗形成并逐渐演变扩大。咸淡水之间的水动力平衡被破坏，北部咸水水头压力大于淡水水头，改变了地下水自南向北的自然径流状态，使得北部咸水向南部淡水区入侵。地下水漏斗区形成后慢慢扩大，由于浅层已取不到水，水井往往打得更深且布局混乱，隔水层受到破坏，咸水因而趋向更深层含水层入侵。

2 咸水入侵的发展趋势

对咸水入侵发展演化趋势进行预测，有助于了解入侵动态情况，对当地未来地下水的合理开发利用和水资源保护具有重要意义。这需要明确弥河下游地下水的开采和补给两方面因素[7]。寿光市历年地下水开采量见表1。由表1 可知，地下水开采量逐年减少。

表1 寿光市地下水历年开采量 万m3·a-1

本区地下水主要补给来源为降水入渗补给，近年来本区降水充沛，2018 年和2019 年两次较大洪水使地下水位有所回升。根据2016 年在寿光市田柳镇打设的多层位观测井数据显示，目前浅层地下水水质已变淡，可以推测地下水补给与开发利用处于暂时相对平衡状态。

据统计数据明确，淄博—潍坊漏斗区面积正逐年减小，不同时间段漏斗区面积见表2。

表2 不同时期淄博—潍坊漏斗区面积km2

可推测近几年弥河下游咸水入侵没有明显加重趋势，逐渐趋于平缓。

3 结语

弥河下游北部地区地下赋存的咸（卤）水体，为本区咸水入侵提供了物质来源。众多河流中的多层砂及砂砾石层形成了弥河古河道，古河道能够为地下淡水补给并且贮存地下淡水，在咸水入侵时又自然成为咸水推进的通道。气候干旱、弥河径流补给不足和地下水超采导致的水位下降是咸水入侵发生的水动力条件，地下水漏斗的形成造成北部咸水与南部淡水的水头差高达35 m左右，驱动咸水侵染地下淡水。弥河下游成为严重的咸水入侵区，因其具备特殊的地理位置和自然背景，虽然近几年入侵趋势平缓，但缓解灾害仍尤为紧迫，必须在严格控制地下水开采的情况下积极采取工程措施、管理措施和进行生态防治。