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1、第十一章第十一章海水入侵海水入侵中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念u基本概念基本概念 由于自然和人为原因，沿海地区地下水水动力条件由于自然和人为原因，沿海地区地下水水动力条件发生变化，使含水层中的淡水与海水的平衡状态被破坏，发生变化，使含水层中的淡水与海水的平衡状态被破坏，导致海水或与海水有直接动力联系的高矿化地下咸水沿导致海水或与海水有直接动力联系的高矿化地下咸水沿含水层或导水构造向陆方向扩侵，使地下淡水资源遭到含水层或导水构造向陆方向扩侵，使地下淡水资源遭到破坏的危害。破坏的危害。 地质灾害分
2、类分级地质灾害分类分级( (试行）试行）DZ0238-2004DZ0238-2004 海水入侵海水入侵是指沿海地区，由于海平面上升或陆地人是指沿海地区，由于海平面上升或陆地人为采水，陆地地下水位相对降低而引起海水沿含水层向为采水，陆地地下水位相对降低而引起海水沿含水层向陆地方向潜入的现象和过程。陆地方向潜入的现象和过程。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGu概念概念海水入侵海侵图7-1海水入侵与海侵的不同海水入侵：强调含水层的变化海水入侵：强调含水层的变化 海侵：海水沿陆地表面的扩张海侵：海水沿陆地表面的扩张 时间尺度相对较小时间尺度相对较
3、小 地质演化的时间尺度大地质演化的时间尺度大 区域范围有限区域范围有限 区域范围广大区域范围广大海侵（海进）海侵（海进）：由于海面上升或陆地下降造成海水面积扩大，陆地面积缩：由于海面上升或陆地下降造成海水面积扩大，陆地面积缩小，海岸线向陆地方向推进的地质现象。小，海岸线向陆地方向推进的地质现象。第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念u危害危害l陆地含水层咸化陆地含水层咸化l机井报废机井报废l淡水供应量减少淡水供应量减少l土地盐渍化土地盐渍化l地方病地方病中国地
4、质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG1 1 存在海水与陆地含水层的水力联系存在海水与陆地含水层的水力联系 沿海地区存在裂隙、岩溶和松散孔隙介质含水层，含水层延伸至沿海地区存在裂隙、岩溶和松散孔隙介质含水层，含水层延伸至海中。海中。u海水入侵发生的条件海水入侵发生的条件第一节第一节 海水入侵的概念海水入侵的概念图7-2海水入侵示意图陆地表面潜水面陆地含水层咸淡水分界隔水底板淡水海下出口海平面2 2 海水压力大于陆地含水层的水海水压力大于陆地含水层的水头压力头压力 海水呈楔状体插入到陆地含水层，海水呈楔状体插入到陆地含水层，楔形体上方存在陆地地下水排
5、泄通道。楔形体上方存在陆地地下水排泄通道。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGl 中国海岸带背靠西部中国海岸带背靠西部大陆，面向全球规模大陆，面向全球规模最大的西太平洋边缘最大的西太平洋边缘海。海。l 中国大陆海岸线北起中国大陆海岸线北起辽宁鸭绿江口，南至辽宁鸭绿江口，南至广西北仓河口，全长广西北仓河口，全长超过超过18,000 km，大小，大小岛屿岛屿6,500座，大陆岸座，大陆岸线和岛屿岸线总长达线和岛屿岸线总长达32,000 km。第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状中国地质大学环境学院School of
6、 Environmental Studies-CUG（据林学钰，（据林学钰，2004）中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 我国海岸线长度为我国海岸线长度为3.23.2万万kmkm，其中大陆岸线，其中大陆岸线1.81.8万万kmkm。沿海地。沿海地区是我国目前经济开发的重点地区。这些地区在以下方面为海水区是我国目前经济开发的重点地区。这些地区在以下方面为海水入侵提供了条件：入侵提供了条件： 随着经济发展，对水资源的需求日益增长，过量抽取地下随着经济发展，对水资源的需求日益增长，过量抽取地下水，其结果会使沿海地区地下水水位下降，量减少。水，其
7、结果会使沿海地区地下水水位下降，量减少。 拦蓄截取地表水，使入海量减少，使地表水补给地下水量拦蓄截取地表水，使入海量减少，使地表水补给地下水量减少，地下水位下降。减少，地下水位下降。 沿海地区是松散堆积物的沉积区，主要是冲洪积和海相沉沿海地区是松散堆积物的沉积区，主要是冲洪积和海相沉积成因。陆相物质的搬运堆积，主要靠地表径流。河床堆积物相积成因。陆相物质的搬运堆积，主要靠地表径流。河床堆积物相对粗大，并一直延伸到大海。对粗大，并一直延伸到大海。第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状u我国海水入侵的分布我国海水入侵的分布中国地质大学环境学院School of Envi
8、ronmental Studies-CUG环渤海湾地区环渤海湾地区莱州湾南岸、大连莱州湾南岸、大连旅顺、天津等旅顺、天津等东南沿海地区东南沿海地区广西北海市、钦州市钦江三角洲、海南岛儋州的新英湾等。广西北海市、钦州市钦江三角洲、海南岛儋州的新英湾等。东南沿海地区高位养虾形成了新的东南沿海地区高位养虾形成了新的“海水入侵海水入侵”，造成福，造成福建、广东、广西、海南部分沿海地带地下水变咸。建、广东、广西、海南部分沿海地带地下水变咸。l人为引海水，抬高海水位；人为引海水，抬高海水位；l在虾塘处就地打井抽取淡水兑咸水；在虾塘处就地打井抽取淡水兑咸水；l养虾咸性污水以渗透或地表排放方式污染地下水。养虾
9、咸性污水以渗透或地表排放方式污染地下水。u我国海水入侵的分布我国海水入侵的分布第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 环渤海湾现状海水入侵面积约环渤海湾现状海水入侵面积约2333.4 km2，比，比20世纪世纪90年代年代初增加了初增加了46.5%。据天津市典型地段水质动态的深入研究。据天津市典型地段水质动态的深入研究,咸水界咸水界面下移速率约面下移速率约0.65-0.74 m/a；据沧州地区的研究，截止；据沧州地区的研究，截止2001年，年，浅层咸水界线向西移动浅层咸水界线向
10、西移动15-30km，运移速率，运移速率0.7-1.4km/a。与。与20世世纪纪70年代相比，深层咸水界面一般下移年代相比，深层咸水界面一般下移10-30m，咸水界线西移最，咸水界线西移最大距离大距离16.2km（据“环渤海地区环境地质调查”，2004）。）。 烟台莱州湾地区的地下水氯离子含量最高为烟台莱州湾地区的地下水氯离子含量最高为3.86g/l（饮用水（饮用水标准国际建议值为标准国际建议值为200mg/l，即，即0.2g/l），矿化度达），矿化度达7.85g/l（饮用（饮用水标准建议值为水标准建议值为 1g/l）。部分地区已出现盐渍化。）。部分地区已出现盐渍化。 u我国海水入侵的分布我
11、国海水入侵的分布第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG辽东湾辽东湾渤海湾渤海湾莱州湾莱州湾中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG海南岛西部儋州的新英湾是海水入侵典型地段，海水入侵面积达10km2。 u我国海水入侵的分布我国海水入侵的分布第二节第二节 中国海水入侵现象的发展现状中国海水入侵现象的发展现状中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力
12、失衡造成的。海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。l海平面的相对上升海平面的相对上升 海水量的变化（气候、冰川消融等）海水量的变化（气候、冰川消融等） 海洋盆地容积的变化（大洋中脊扩张、陆源物质堆积等）海洋盆地容积的变化（大洋中脊扩张、陆源物质堆积等） 滨海地区地面沉降（构造沉降）滨海地区地面沉降（构造沉降）l陆地地下水头下降陆地地下水头下降 沿海地区开采地下水沿海地区开采地下水 筑坝建水库等拦截地表水筑坝建水库等拦截地表水 气候干旱气候干旱l其他原因其他原因 修建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等修建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等u海水入侵发生的条件海水入侵发生的条件第三节第三
13、节 海水入侵的原因海水入侵的原因中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG海水入侵过程海水入侵过程海（咸）水楔形体不断扩大，即楔形体移动的海（咸）水楔形体不断扩大，即楔形体移动的动力学过程动力学过程由多个时间段分析海水与陆地地下水分界面的位置和形态变化过由多个时间段分析海水与陆地地下水分界面的位置和形态变化过程，分析是否处于正常涨落。程，分析是否处于正常涨落。u咸淡水分界面的理论解咸淡水分界面的理论解第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制陆地表面潜水面陆地淡水咸淡水分界隔水底板淡水海下出口海平面海水楔一、稳定分界面的静力平衡模式二、稳
14、定分界面的动水压力平衡模式中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制u一、稳定分界面的静力平衡模式一、稳定分界面的静力平衡模式吉本吉本(Badon Ghyben)(Badon Ghyben)和赫尔兹伯和赫尔兹伯格格(A. Herzberg)(A. Herzberg)提出，提出，假设条件：海水和陆地地下水均假设条件：海水和陆地地下水均不流动，地下水与海水各点的压不流动，地下水与海水各点的压强按静水压强分布，分界面固定。强按静水压强分布，分界面固定。潜水面隔水底板陆地表面陆地淡水咸淡水分界淡水海下出口
15、海平面海水楔hfhshsA中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制u二、稳定分界面的动水压力平衡模式二、稳定分界面的动水压力平衡模式维鲁特等人提出。维鲁特等人提出。地下水在远离海岸和靠近海岸的地下水在远离海岸和靠近海岸的地方，流速垂直分量不同。地方，流速垂直分量不同。岸坡地带潜水会形成渗出带，海岸坡地带潜水会形成渗出带，海面以下也存在地下水排泄出口。面以下也存在地下水排泄出口。潜水海下出口海平面海水楔A潜水渗出带（一）潜水含水层的海水入侵问题（一）潜水含水层的海水入侵问题静水压力平衡模式和水平流
16、动的裘布依假设结合。静水压力平衡模式和水平流动的裘布依假设结合。假设前提：潜水含水层的介质是均值各向同性；地下水流为渐变流，忽假设前提：潜水含水层的介质是均值各向同性；地下水流为渐变流，忽略渗透速度的垂直分量，视为平面二维稳定流。略渗透速度的垂直分量，视为平面二维稳定流。中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制（一）潜水含水层的海水入侵问题（一）潜水含水层的海水入侵问题潜水水头分布潜水水头分布分界面海下高程分界面海下高程海水海平面海水楔ABXYCOA地下水过水断面中国地质大学环境学院School
17、 of Environmental Studies-CUG第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制（二）承压含水层的海水入侵问题（二）承压含水层的海水入侵问题纽曼推导咸淡水分解位置曲线纽曼推导咸淡水分解位置曲线海水海平面海水楔ABXYCOA承压水流向承压水水头中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG第四节第四节 海水入侵的形成机制海水入侵的形成机制u实际工作中咸淡水分界面的判别实际工作中咸淡水分界面的判别 咸淡水分界面是一个溶质浓度介于海水浓度与陆地地咸淡水分界面是一个溶质浓度介于海水浓度与陆地地下水浓度之间的过渡带，成为咸淡水混合带
18、。下水浓度之间的过渡带，成为咸淡水混合带。 溶质浓度达到某一规定值的部位视为海水入侵的标志，溶质浓度达到某一规定值的部位视为海水入侵的标志，该浓度值的等值线作为咸淡水分界面。该浓度值的等值线作为咸淡水分界面。Cl-：城市地质环境问题调查评价规范（征求意见稿）城市地质环境问题调查评价规范（征求意见稿）250mg/L总盐度：总盐度：15002000ppm 电导率与总盐度关系：电导率与总盐度关系：溴钠比和咸化系数（辅助指标）溴钠比和咸化系数（辅助指标）中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG 在充分搜集和利用前人资料的基础上，以地质背景调在充分搜集和
19、利用前人资料的基础上，以地质背景调查和遥感解译为主体，结合应用相关的勘探、测试手段及查和遥感解译为主体，结合应用相关的勘探、测试手段及GPSGPS、GISGIS等新技术，进行必要的实测和监测。等新技术，进行必要的实测和监测。p 地质背景调查地质背景调查 区域地貌形态、岩性结构、海岸性质及变迁历史。咸、区域地貌形态、岩性结构、海岸性质及变迁历史。咸、淡水含水层的空间分布、地下淡水体与海水（咸水）体的淡水含水层的空间分布、地下淡水体与海水（咸水）体的接触关系、地表水、地下水与海水之间的水力联系、补排接触关系、地表水、地下水与海水之间的水力联系、补排关系和海水入侵通道、地下水位动态变化。关系和海水入
20、侵通道、地下水位动态变化。u海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价第五节第五节 海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGp 遥感解译遥感解译 海水与淡水水域，分析海水入侵地下淡水的分布范围。海水与淡水水域，分析海水入侵地下淡水的分布范围。p 水文物探水文物探 查明海水入侵范围，咸水、淡水分界面。查明海水入侵范围，咸水、淡水分界面。 电测深法、电剖面法、自然电场法、激发极化法、瞬变电磁电测深法、电剖面法、自然电场法、激发极化法、瞬变电磁法、井中法、井中CT。p 地下水监测网地下水监测网 监测地下水水位、水质动态及
21、地面水体的水位变化，分析咸监测地下水水位、水质动态及地面水体的水位变化，分析咸淡水入侵程度或确定淡水的临界开采量。淡水入侵程度或确定淡水的临界开采量。u海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价第五节第五节 海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUGp 综合分析研究综合分析研究 根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料，根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料，综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。 查明海水入侵途径，根据水化学分析、物探成果，进行
22、海水查明海水入侵途径，根据水化学分析、物探成果，进行海水入侵程度分区，分析海水入侵发展趋势。入侵程度分区，分析海水入侵发展趋势。海水入侵化学指海水入侵化学指标与入侵程度等标与入侵程度等级划分级划分第五节第五节 海水入侵的调查评价海水入侵的调查评价中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG实例介绍l广西北海市（据广西北部湾生态环境地质调查，（据广西北部湾生态环境地质调查，2004）l莱州湾南岸（据徐建国，据徐建国，2004）7、海水入侵、海水入侵通过地下水通过地下水监测查明：监测查明： 北海市北海市老城区海水老城区海水入侵含水层入侵含水层有所缓解，
23、有所缓解，面积缩小。面积缩小。原先咸化的原先咸化的地下承压水地下承压水部分已经变部分已经变淡。淡。 在北海市在北海市龙潭村西南，龙潭村西南，高位虾塘已高位虾塘已深入陆域近深入陆域近3km3km，直接威，直接威胁到龙潭村胁到龙潭村水源地的安水源地的安全。全。莱莱 州州 湾湾 南南 岸岸 水水 文文 地地 质质 图图地下水化学场类型分区图地下水化学场类型分区图地下水化学场类型分区图地下水化学场类型分区图莱州湾南岸浅层地下水流场图莱州湾南岸浅层地下水流场图地下水位降幅与咸卤水入侵分布图地下水位降幅与咸卤水入侵分布图地下水位降幅与咸卤水入侵分布图地下水位降幅与咸卤水入侵分布图中国地质大学环境学院Sch
24、ool of Environmental Studies-CUG地下水系统软结构的调整 限制淡水开采量限制淡水开采量 进行人工回灌，提升陆地淡水水位进行人工回灌，提升陆地淡水水位 设置抽水槽，抽出咸水设置抽水槽，抽出咸水地下水系统硬结构的调整 隔水槽，阻断咸水的入侵途径隔水槽，阻断咸水的入侵途径u海水入侵的防治海水入侵的防治第六节第六节 海水入侵的防治海水入侵的防治中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG思考题l结合渤海湾海水入侵的形成机制，如何在该地区进行海水入侵防治？中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
