耿雪峰 肖林超 汪 磊

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳 518028)

深圳市海水入侵形成原因分析

耿雪峰 肖林超 汪 磊

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳 518028)

在分析海水入侵形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，從特殊地質(zhì)環(huán)境及相關(guān)自然因素和人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)兩大方面分析了深圳市海水侵入的原因，啟示我們?cè)诖罅Πl(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌考慮對(duì)人類生存的自然環(huán)境的保護(hù)，不能以犧牲生態(tài)環(huán)境來換取經(jīng)濟(jì)效益。

海水入侵，形成機(jī)理，特殊地質(zhì)環(huán)境，人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)

海水入侵是當(dāng)今世界上沿海地區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害。大連、秦皇島、萊州、龍口、煙臺(tái)、青島等地已出現(xiàn)了不同程度的海水入侵現(xiàn)象。深圳市自20世紀(jì)70年代末期出現(xiàn)了海水入侵地質(zhì)災(zāi)害，使地下淡水資源遭到破壞，地質(zhì)環(huán)境趨于惡化。隨著我國沿海地區(qū)的對(duì)外開放和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，由海水入侵地質(zhì)災(zāi)害引起的地質(zhì)環(huán)境問題，將日益成為制約沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。本文對(duì)深圳市出現(xiàn)海水入侵的原因進(jìn)行分析，將有助于合理利用和保護(hù)好沿海地區(qū)地下水資源。

1 海水入侵地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理分析

根據(jù)吉本—赫茲伯格原理，海水入侵的基本原理見圖1。以海平面為界，海平面以下淡水厚度應(yīng)是海平面以上淡水厚度的40倍［1］，即Z=40hf，因此地下水水位一個(gè)較小的下降，就會(huì)引起咸水體向著淡水體一個(gè)較大的推進(jìn)。

圖1 吉本—赫茲伯格原理圖

海水入侵陸域地下淡水含水層，其基本條件是地下淡水含水層與海(咸)水間水力聯(lián)系通道的存在。根據(jù)已有資料描述，深圳市沿海地區(qū)系第四系沖洪積和海積平原，絕大部分具有海水入侵的水文地質(zhì)條件［2］，但海水入侵通道暢通速度因巖土層的孔(裂)隙的大小等因素的不同而有一定差異。海水入侵就是因?yàn)榈叵孪趟c地下淡水的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)由于人為或自然原因遭到破壞。

2 特殊地質(zhì)環(huán)境及相關(guān)自然因素造成海水入侵

2．1 海(咸)水沿海岸帶第四系松散孔隙含水層入侵

深圳市砂礫海岸帶主要分布在東部，西部則主要是幾條較大河流如茅洲河、大沙河等河流入?？冢@些地段部分表層有厚度不大的淤泥質(zhì)土。這些海岸地形地貌上多屬?zèng)_洪積和海積平原，地勢(shì)低平，地面高程一般為1．0 m～3．0 m，淺層及地表主要為第四系松散砂、礫石層，透水性較強(qiáng)。在自然狀態(tài)下含水層中的咸、淡水是維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但是這種平衡往往由于自然的原因而被破壞。自然因素包括陸域范圍地表水(大氣降水)補(bǔ)給不足(旱季或干旱年)，致使陸域范圍地下淡水水位下降，相對(duì)變化較小的海水水位，呈現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)，也可造成海水的入侵范圍加大［3］。對(duì)于入海河流，氣候干旱河水流量減小河水位下降，加大海水沿河倒灌，也就加大了海水通過河流兩岸松散含水層的入侵。即使海岸帶分布的一些淤泥質(zhì)土，其下部也多有沖洪積或海積松散砂層，這些松散砂層同樣是海域和陸域地下水的通道，也為海水入侵提供了良好的水文地質(zhì)條件，這種海水入侵是深圳市海水入侵的主要類型，也是分布最廣的一種海水入侵。

2．2 海(咸)水沿海岸帶基巖裂隙入侵

基巖海岸帶總長(zhǎng)約81．9 km，約占整個(gè)海岸線35%，主要分布于東部大鵬灣、大亞灣西側(cè)的大鵬半島沿岸，西部主要見于媽灣一帶，這部分岸線曲折、灣岬相間且岸帶較狹窄。據(jù)勘察資料顯示，由于地處于亞熱帶氣候區(qū)，地表及一定深度風(fēng)化作用較強(qiáng)，加之區(qū)內(nèi)構(gòu)造十分發(fā)育，致使基巖裂隙發(fā)育，且發(fā)育深度大，如花崗巖風(fēng)化深度最大達(dá)40余米，如KC1，KC2及KC47號(hào)孔，一般風(fēng)化帶西部為11．00 m ～25．10 m，東部為4．80 m ～17．90 m，這些裂隙為地下水的儲(chǔ)存與運(yùn)移提供了良好的空間和通道，造成海域咸水與陸域淡水互相貫通。在自然和人為因素影響下也可形成海水的入侵，由于受地形巖性及裂隙帶發(fā)育程度制約，海水入侵寬度一般不大，東部基巖海岸區(qū)多為100 m～200 m不等。

2．3 漲潮時(shí)海水沿河道上溯

深圳市較大入海河流共有10條，分別注入珠江口、深圳灣、大鵬灣及大亞灣。這些河流均直接與不同海區(qū)相接，因此這些河流中、下游的河水位，受其海水潮汐的影響較顯著，海水可沿入海河流的河道上溯，使河流兩岸及河床與咸水直接接觸，這就使海水入侵的岸線長(zhǎng)度增加，海水入侵的范圍增大，增大的程度與潮位的高低，河道內(nèi)淡水量大小，河道兩岸地層的透水性以及河道建設(shè)等情況有關(guān)［4］。

潮汐作用雖呈周期性變化，但其強(qiáng)度不均勻，一般高潮位為1．50 m～1．80 m，最大可達(dá)2．45 m，因此海水每天在河道內(nèi)上溯的距離也不等。各河流因潮位上漲海水沿河道上溯的距離及河道建設(shè)概況見表1。

表1 深圳市主要入海河流海水上溯及建設(shè)概況表

該類海水入侵從平面上看，具有近海口處寬，遠(yuǎn)離入?？谔幹饾u變窄。深入陸域范圍一般與河流的水文特點(diǎn)及水文地質(zhì)條件關(guān)系密切。

2．4 風(fēng)暴潮加劇海水入侵

風(fēng)暴潮是海岸帶一種自然災(zāi)害現(xiàn)象，由于劇烈的大氣擾動(dòng)，如強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致了海水異常升降，使其受影響海區(qū)的潮位大大超過正常潮位的現(xiàn)象稱為風(fēng)暴潮。我國沿海為風(fēng)暴潮易發(fā)區(qū)，沿海?？诎l(fā)生風(fēng)暴潮的頻繁程度可能居世界之首［5］。有資料顯示我國自20世紀(jì)50年代以來沿海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的頻率，總體上是在增加，尤其特大風(fēng)暴潮呈明顯上升趨勢(shì)。有學(xué)者推測(cè)全球變暖，將增加產(chǎn)生臺(tái)風(fēng)的機(jī)會(huì)，深圳海岸帶特殊的大陸架，沿岸河口與港灣、復(fù)雜的地形等，對(duì)風(fēng)暴潮的發(fā)生十分有利。

臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮多發(fā)生于夏秋季，其特點(diǎn)是來勢(shì)猛、速度快、強(qiáng)度大。風(fēng)暴潮雖時(shí)間短，但潮位高，甚者海水可直接淹沒海岸帶部分低洼地帶，海水入侵形勢(shì)自然也是空前的，風(fēng)暴潮雖然是短暫的，但大量海水淹沒陸地，不僅造成其他經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，帶來的海水入侵地質(zhì)災(zāi)害也是不容忽視的。由于海平面的大幅度抬高，因此無論是何種海岸帶都將加劇海水入侵地質(zhì)災(zāi)害的程度。

2．5 海平面上升

據(jù)IPCC(國際氣候變遷)的研究報(bào)告，在過去100年內(nèi)由于溫室氣體排放的增加而導(dǎo)致全球年平均氣溫升高了約0．6℃，使得全球海平面平均上升了10 cm～20 cm。氣候變暖可從兩個(gè)方面影響海平面的上升：一是極地冰蓋和高山冰川融化，使海洋里的絕對(duì)水量增加;二是溫度上升導(dǎo)致海水熱膨脹［6］。

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：中國沿海海平面多年來總體呈上升趨勢(shì)［7］。近50年來，中國沿海海平面平均上升速率為2．5 mm/年(東海為 3．1 mm/年、黃海 2．6 mm/年、南海 2．3 mm/d、渤海2．1 mm/年)，大于全球海平面上升速率1．5 mm/年。預(yù)計(jì)未來數(shù)年，中國沿海海平面，總體上將繼續(xù)保持上升趨勢(shì)。2006年和2013年中國沿海海平面將比2000年平均海平面分別高10 mm和28 mm。而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)又十分敏感的珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲和天津地區(qū)海平面相對(duì)上升幅度將要大得多［8］。2008年，中國沿海海平面為近10年最高，比常年平均高60 mm［9］。

據(jù)相關(guān)資料顯示［10］，深圳市海平面上升速率雖不大(約2．3 mm/年)，卻大于全球海平面上升速率(1．5 mm/年)。作為一個(gè)還處于發(fā)展階段的海濱城市，海平面的上升將是近海海岸帶引起海水入侵不可忽視的因素。海平面不斷上升使地下咸、淡水之間的水動(dòng)力平衡不斷被破壞，加劇了地下咸水進(jìn)一步入侵地下淡水區(qū);同時(shí)也加劇了入海河流海水沿河道上溯的距離，從而擴(kuò)大海水入侵范圍，也破壞了入海河流河口沉積規(guī)律。

3 人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)

3．1 大量抽取地下淡水

深圳市建市近30年各類工程建設(shè)一直處于高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。初期階段由于自來水供應(yīng)尚不完善，許多地段大量而無序的開采本來就不豐富的地下水資源，使這些地段地下淡水水位急劇下降，淡水水位急劇下降為海(咸)水入侵讓出了空間，造成海水入侵(見圖2)。這也是目前各地引發(fā)海水入侵的重要原因之一。

圖2 大量抽取地下水引起海水入侵示意圖

21世紀(jì)初政府在發(fā)現(xiàn)該問題的嚴(yán)重性后，曾下文要求封閉已有機(jī)井、水井，禁止開采地下水，文件下達(dá)后，封閉回填了不少機(jī)井及民井。地下水從此得以逐漸恢復(fù)。海(咸)水入侵因此也得到有效的控制，部分地段地下淡水必將得到相應(yīng)的恢復(fù)。

3．2 河流上游修建水庫蓄水

深圳市雖然降雨量豐沛，但時(shí)空分布不均勻，導(dǎo)致人均水資源嚴(yán)重不足。為緩解這種矛盾，區(qū)內(nèi)修建了數(shù)百個(gè)大大小小的水庫，其中工作區(qū)內(nèi)河流上游也修建有近百座水庫，如茅洲河上游的羅田水庫及西鄉(xiāng)河上游的鐵崗水庫等。

這些水庫雖然一定程度上解決了深圳市水資源不足的問題，但對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了一定負(fù)面影響。由于深圳旱季較長(zhǎng)且水庫多為供水水庫，一般不向下游放水，多數(shù)河流下游近乎干枯，如大沙河干旱季節(jié)下游幾乎無水，河床裸露，沿河地帶地下水水位降低，在這種條件下，海水極易入侵河流兩岸地下淡水區(qū)。一方面咸水沿河道兩岸直接入滲含水層，擴(kuò)大海水入侵范圍;二是河道內(nèi)無足夠的淡水淡化進(jìn)入河道的海(咸)水，造成進(jìn)入含水層咸水咸度增加，加重海水入侵災(zāi)情。如大沙河枯水季節(jié)對(duì)河水進(jìn)行分段加密取樣，由于河水中淡水量很少，海(咸)水上溯距離達(dá)3．2 km。

3．3 高位海水養(yǎng)殖

深圳市海岸帶部分地段利用有利的地形(低平)開展海水養(yǎng)殖歷史悠久，解放后尤其是改革開放以來，人工養(yǎng)殖業(yè)得到較大的發(fā)展。如東部新圩及王母河、東涌、西涌、壩光近海岸地段均有高位海水養(yǎng)殖，其面積共約3．70 km2。高位海水養(yǎng)殖，即通過人工渠道直接將海水引入陸域，然后提到陸域平坦低地(一般高程為1．5 m～3．0 m)進(jìn)行分池養(yǎng)殖，由于使用的是海水養(yǎng)殖，也就使這些養(yǎng)殖地段長(zhǎng)期處于海水的浸泡之中。也就形成一種人為引海水上陸，海水進(jìn)入陸域，使這部分陸域地表及淺層長(zhǎng)期處于海水浸泡之中，海水在這些地段不斷入滲地下，形成地下咸水帶。這一現(xiàn)象可稱為一種人為引起的海水入侵，也可視為海水入侵的一種特殊形式。

3．4 填海工程

填海工程由于原海水或賦存于各類土層中的咸水，在填海過程中未做且難以做到完全清除。我們將這部分保存于原海底巖土層或填土層中的咸水稱為封存咸水［11］。這些封存咸水對(duì)工程的危害類同于海水入侵的咸水，再者深圳市沿海地區(qū)這種類型填海工程也有一定數(shù)量，因此將這類災(zāi)害納入海水入侵地質(zhì)災(zāi)害中的一種特殊類型加以評(píng)述。

填海區(qū)由于各種工程處理及所處地質(zhì)環(huán)境差異，致使其地下水中Cl－濃度差異較大。填海區(qū)地下水中Cl－濃度差異大的原因，經(jīng)分析有以下幾方面：

一是填筑工藝不同，直接填筑會(huì)導(dǎo)致部分海(咸)水滯留于含水層之上部，相較于圍起填筑區(qū)—抽干海水—填筑的方法，會(huì)使含水層中地下水有較充足的咸水補(bǔ)給，因此地下水中Cl－濃度也就偏高。

二是填筑層的透水性差異、填筑時(shí)間長(zhǎng)短，影響地下水中Cl－的濃度。如填筑層透水性好，填筑時(shí)間久，則由于長(zhǎng)期接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，致使地下咸水逐漸淡化，反之用透水性差的素填土填筑就會(huì)使地下水中Cl－濃度變高。

三是地下水動(dòng)力條件不同造成地下水中Cl－濃度的差異。如填筑層與原地下含水層相通，且地下水位高于海水位，則封存于地下的咸水由于上部淡水長(zhǎng)期入滲補(bǔ)給封存古咸水中，也可淡化地下咸水濃度。

為查明填海區(qū)地下水水化學(xué)特征在垂直方向上的變化特征。本次工作在后海灣填海區(qū)施工建立了三個(gè)監(jiān)測(cè)不同深度、不同層位地下水水位及水化學(xué)特征的監(jiān)測(cè)孔，其初步監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

深圳填海區(qū)、海底多存在有厚度不等的淤泥，為使填海區(qū)滿足工程需要，所采用的填筑方式也不同，據(jù)了解目前有擠淤法、換填法和堆載預(yù)壓法這3種填筑方式，換填法和堆載預(yù)壓法僅見于深圳寶安國際機(jī)場(chǎng)。無論哪種方法填海，地下均存在或多或少的封存咸水。

表2 填海區(qū)監(jiān)測(cè)孔監(jiān)測(cè)成果表

4 結(jié)語

深圳市海水入侵由其特殊地質(zhì)環(huán)境及相關(guān)自然因素造成，更為重要的一個(gè)原因是人類的工程活動(dòng)為海水入侵提供了條件。大量抽取地下水、河流上游修建水庫蓄水、高位海水養(yǎng)殖和填海工程使得地下淡水水位急劇下降。尤其在咸淡水分界面附近大量開采淡水，致使淡水水位急劇下降，為海(咸)水入侵讓出了空間，造成海水入侵。

我們?cè)诖罅Πl(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌考慮對(duì)人類生存的自然環(huán)境的保護(hù)，不能以犧牲生態(tài)環(huán)境，來換取經(jīng)濟(jì)效益。以環(huán)境資源換取經(jīng)濟(jì)效益這種做法也許會(huì)在短時(shí)期有很好的經(jīng)濟(jì)效益，但是在不久的將來，我們或我們的子孫可能會(huì)付出更大的代價(jià)來進(jìn)行彌補(bǔ)，修復(fù)我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境。

［1］辛 江，王教河，馬 舉．遼寧沿海地區(qū)海水入侵的成因及防治措施［J］．東北水利水電，2002，20(4)：1-2．

［2］郭占榮，黃奕普．海水入侵問題研究綜述［J］．水文，2003，23 (3)：1-6．

［3］楊吉龍，韓冬梅，肖國強(qiáng)，等．秦皇島洋河—戴河沖洪積平原第四系含水層海水入侵機(jī)理分析［J］．地質(zhì)調(diào)查與研究，2009，32(2)：144-149．

［4］魏玲娜，陳 喜，付 娜，等．勢(shì)函數(shù)法分析海水入侵界面動(dòng)態(tài)變化［J］．中國科技論文在線，2006(2)：9．

［5］張曉龍，李培英，劉月良．黃河三角洲風(fēng)暴潮災(zāi)害及其對(duì)濱海濕地的影響［J］．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2006，15(2)：10-13．

［6］丁榮榮，左軍成，杜 凌，等．南海海平面變化規(guī)律以及比容海平面和風(fēng)的影響［J］．中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，37(SⅡ)：23-30．

［7］國家海洋局．2003年中國海平面公報(bào)［EB/OL］．［2011-05-13］．http：//www．coi．gov．cn/gongbao/nrhaipingmian/nr2003/ 201107/t20110729_18978．html．

［8］王思敬，溫慶博．海岸帶城市化的環(huán)境地質(zhì)問題［J］．海岸帶地質(zhì)環(huán)境與城市發(fā)展，2005(7)：32-33．

［9］國家海洋局．2008年中國海平面公報(bào)［EB/OL］．［2011-04-26］．http：//www．coi．gov．cn/gongbao/nrhaipingmian/nr2008/ 201107/t20110729_18944．html．

［10］孔 蘭，陳曉宏，張 強(qiáng)，等．海平面上升對(duì)珠江口水位影響的分析［J］．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(2)：390-393．

［11］郭 偉，朱大奎．深圳圍海造地對(duì)海洋環(huán)境影響的分析［J］．南京大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，41(3)：286-296．

The causes of seawater intrusion in Shenzhen city

GENG Xue-fengXIAO Lin-chaoWANG Lei

(Shenzhen Geotechnical Investigation＆ Surveying Institute Co．，Ltd，Shenzhen 518028，China)

Based on the formation mechanism of seawater intrusion，the causes of seawater intrusion in Shenzhen city is analyzed from the aspects of the special geological environment as well as associated natural factors and human economic activities．As a revelation，overall plans should be made to prevent environment from the pollution of the environment in exchange for the economic interest．

seawater intrusion，formation mechanism，special geological environment，human economic activities

P731

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.13.042

1009-6825(2014)13-0068-03

2014-02-23

耿雪峰(1981-)，男，工程師; 肖林超(1981-)，男，工程師; 汪 磊(1983-)，男，工程師