林躍旗，林從謀，常方強(qiáng)，孟希，葛冰洋（華僑大學(xué)巖土工程研究所，福建廈門(mén)361021）

泉州灣海水入侵對(duì)城市發(fā)展建設(shè)影響

林躍旗，林從謀，常方強(qiáng)，孟希，葛冰洋
（華僑大學(xué)巖土工程研究所，福建廈門(mén)361021）

針對(duì)泉州灣存在海水入侵的問(wèn)題，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，建立適用的綜合評(píng)價(jià)模型，得到較為準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果和海水入侵程度的分布圖，并進(jìn)一步分析海水入侵影響程度、波及范圍及入侵方式.研究結(jié)果表明：該地區(qū)以輕度入侵為主，Ⅱ類(lèi)水質(zhì)地下水占比達(dá)到69.70%；受海水流向沖擊的作用凸形海岸帶相比凹形海岸帶入侵程度更嚴(yán)重，最大入侵距離達(dá)到了1.50km；其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)相符.

海水入侵；模糊綜合評(píng)價(jià)；泉州灣；城市建設(shè)

海水入侵已成為了沿海地區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題中最主要的問(wèn)題之一，它極大地影響了人、蓄及工農(nóng)業(yè)用水，水質(zhì)的惡化也嚴(yán)重地影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市發(fā)展建設(shè).要對(duì)受海水入侵影響的泉州灣進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，首先要對(duì)海水入侵程度及范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)入侵程度的不同采取相應(yīng)的防治措施.目前，海水入侵的評(píng)價(jià)方法一般有判別分析法、電導(dǎo)率法、音頻大地電磁法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等［1－6］.海水入侵的評(píng)價(jià)方法雖多，但目前為止，仍未有哪一種評(píng)價(jià)方法能被廣泛地接受或采用.海水入侵造成的影響后果很多，所以采用何種指標(biāo)和方法才能較為可靠的評(píng)價(jià)海水入侵程度，成為了一個(gè)重要的難點(diǎn).海水體中存在著多種化學(xué)物質(zhì)，評(píng)價(jià)其水質(zhì)類(lèi)別邊界是模糊的，用原始的單一指標(biāo)來(lái)衡量和分級(jí)的方法，其精度較差，存在著一定的偏差.模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)模糊邊界的劃定和評(píng)價(jià)誤差的控制問(wèn)題有較好的解決效果［7－11］.本文運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)泉州灣的海水入侵現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為城市減災(zāi)避災(zāi)提供決策的依據(jù)和參考.

圖1 研究區(qū)范圍及井點(diǎn)分布圖Fig.1 Investigation area and the well site

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

泉州市的主要水資源為淺層地下水，山區(qū)地下水多屬基巖裂隙水，主要依靠河谷進(jìn)行排泄；沿海地區(qū)的地下水資源主要為孔隙水，大部分屬于潛水，也有少量的承壓水，濱海地區(qū)的海積層中則多存在咸水.由于研究區(qū)域主要為泉州灣濱海地帶，重點(diǎn)在洛陽(yáng)江流域（A，B），其取樣井點(diǎn)布置，如圖1所示.圖1采用的地理坐標(biāo)體系為WEB墨卡托投影坐標(biāo)，以本初子午線(xiàn)與赤道交點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)；橫軸數(shù)值為坐標(biāo)點(diǎn)與原點(diǎn)的橫向距離，縱軸數(shù)值為坐標(biāo)點(diǎn)與原點(diǎn)的縱向距離，單位為m.

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是指使用模糊數(shù)學(xué)的方法判斷、區(qū)分事物的優(yōu)缺點(diǎn).首先，給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及獲得事物的實(shí)際監(jiān)測(cè)值；然后，將所考慮影響因素的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊變換處理；最后，對(duì)所研究事物作出綜合的評(píng)價(jià)［12－15］.

2 建立泉州灣海水入侵評(píng)價(jià)模型

2.1 確定評(píng)價(jià)因子

在海水入侵的研究中，最直接的判斷依據(jù)是水化學(xué)特征.進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，如果評(píng)價(jià)的指標(biāo)太少，則容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果，引入沒(méi)用的指標(biāo)可能影響海水入侵判別的效率和干擾正確評(píng)價(jià)［16－17］.通過(guò)對(duì)研究區(qū)域的取水樣進(jìn)行室內(nèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)［18］.結(jié)合泉州灣地下水調(diào)查資料和水質(zhì)分析資料，選用ρ（Cl－）、礦化度（ρM）及ρ（HCO）／ρ（Cl－）三個(gè)化學(xué)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)海水入侵的綜合指標(biāo)，從而確定評(píng)價(jià)因子集為U＝｛ρ（Cl－），ρM，ρ（HCO）／ρ（Cl－）｝.

2.2 建立評(píng)語(yǔ)集及量化指標(biāo)

為了更加詳細(xì)地了解海水入侵前緣的發(fā)展情況，需將水體咸淡過(guò)渡帶（微咸水）進(jìn)行細(xì)化.把泉州灣海水入侵程度分為4個(gè)等級(jí)，建立評(píng)語(yǔ)集V＝｛v1，v2，v3，v4｝＝｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝.對(duì)研究區(qū)域33個(gè)監(jiān)測(cè)井點(diǎn)獲得的89個(gè)實(shí)測(cè)水樣進(jìn)行化學(xué)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，得出ρ（HCO）／ρ（Cl－），ρM與ρ（Cl－）存在的線(xiàn)性關(guān)系，結(jié)果如表1所示.結(jié)合ρ（Cl－）海水入侵程度劃分的界限值量，就能夠定出ρM，ρ（HCO）／ρ（Cl－）各等級(jí)的具體值范圍及代表值.

表1 海水入侵程度等級(jí)劃分及指標(biāo)量化Tab.1 Classification of seawater intrusion degree and index quantification

2.3 構(gòu)造隸屬函數(shù)和建立模糊評(píng)價(jià)矩陣

選用較為成熟的線(xiàn)性隸屬函數(shù)，其中應(yīng)用正降半梯形隸屬函數(shù)確定ρ（Cl－），ρM的隸屬度，因?yàn)槠渲蹬c海水入侵的程度成正比；而應(yīng)用反降半梯形隸屬函數(shù)確定ρ（HCO）／ρ（Cl－）的隸屬度，因?yàn)槠浔戎荡笮∨c海水入侵影響嚴(yán)重程度成相反方向變化.由線(xiàn)性隸屬函數(shù)確定出評(píng)價(jià)因子與評(píng)價(jià)等級(jí)之間的模糊關(guān)系.先分別求得相應(yīng)各級(jí)的隸屬度ri，j，然后計(jì)算出各因子的模糊關(guān)系矩陣R.

2.4 確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重矩陣

各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重由超標(biāo)指數(shù)賦權(quán)法計(jì)算獲得，求解步驟如下.

1）各指標(biāo)4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)海水入侵質(zhì)量代表值Dj的算數(shù)平均值Ei表示為

其中：n為分級(jí)數(shù)，n＝4.

2）各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值Xi相對(duì)于Ei的超標(biāo)倍數(shù)Wi，Wi越大，則權(quán)重就越大，即

3）再對(duì)Wi做歸一化處理，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重，即

由此構(gòu)成的權(quán)重模糊矩陣為A＝｛a1，a2，a3｝.

2.5 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

運(yùn)用加權(quán)平均型的模糊算子對(duì)R和A做模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算，得到模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果，即

最后，根據(jù)最大隸屬度原則，取｛b1，b2，b3｝中的最大值，該值在V中所對(duì)應(yīng)的級(jí)別就是海水入侵程度的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí).

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與城市發(fā)展建設(shè)對(duì)策分析

3.1 研究區(qū)域綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

在大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)Matlab軟件將線(xiàn)性隸屬函數(shù)及式（1）～（4）編制成相關(guān)程序，計(jì)算得到研究區(qū)域海水入侵程度的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，如表2所示.

表2 泉州灣洛陽(yáng)江流域海水入侵評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Evaluation results of seawater intrusion in Luoyang river basin Quanzhou Bay

從表2模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果可知：泉州灣洛陽(yáng)江流域地區(qū)有7個(gè)井水取樣點(diǎn)滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，占總?cè)狱c(diǎn)的21.21%；23個(gè)取樣點(diǎn)符合Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，占總?cè)狱c(diǎn)的69.70%；3個(gè)取樣點(diǎn)符合Ⅲ類(lèi)水質(zhì)，占總?cè)狱c(diǎn)的9.09%；未發(fā)現(xiàn)Ⅳ類(lèi)水質(zhì).

根據(jù)表2的評(píng)價(jià)結(jié)果，利用Surfer軟件繪制出重點(diǎn)研究區(qū)域的海水入侵現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)圖，如圖2，3所示.圖2，3采用的地理坐標(biāo)體系為WEB墨卡托投影坐標(biāo)，以本初子午線(xiàn)與赤道交點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)；橫軸數(shù)值為坐標(biāo)點(diǎn)與原點(diǎn)的橫向距離，縱軸數(shù)值為坐標(biāo)點(diǎn)與原點(diǎn)的縱向距離，單位為m.

圖2 重點(diǎn)研究區(qū)域A海水入侵綜合評(píng)價(jià)圖Fig.2 Comprehensive evaluation of seawater intrusion on key investigation area A

圖3 重點(diǎn)研究區(qū)域B海水入侵綜合評(píng)價(jià)圖Fig.3 Comprehensive evaluation of seawater intrusion on key investigation area B

由圖2可以看出：在研究區(qū)域A中，萬(wàn)安村－云莊村之間的水質(zhì)受到了較嚴(yán)重的侵染，呈條帶狀入侵，最大入侵距離約為0.82km；而對(duì)岸杏宅村一帶水質(zhì)只受到輕度侵染，呈條帶狀分布，最大入侵距離約為0.36km.由圖3可以看出：研究區(qū)域B中，槍城－金崎村－貴嶼巖一帶水質(zhì)的侵染情況也較為嚴(yán)重，由海向內(nèi)陸延伸依次呈片狀、條帶狀分布，最大入侵距離約為1.50km；受海水流向沖擊的作用，晉江出?？谔幒蜑I海公園兩處海水入侵的程度明顯大于凹處的貴嶼巖；但濱海公園由于基巖的存在，導(dǎo)致了個(gè)別井點(diǎn)的水質(zhì)受侵染情況較輕.海水入侵程度隨著離海距離的增加而減小，入侵程度較嚴(yán)重的點(diǎn)主要分布在受海水流向沖擊作用較大的海岸帶，而河流凹岸的入侵程度相對(duì)較輕.

3.2 城市發(fā)展建設(shè)的對(duì)策建議

為了統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)這一矛盾，生態(tài)修復(fù)技術(shù)是首選武器.要嚴(yán)厲整治泉州灣存在的不合理灘涂養(yǎng)殖，保護(hù)好不斷減少的紅樹(shù)林及建設(shè)紅樹(shù)林濕地公園.因?yàn)榧t樹(shù)林不僅能緩解海水入侵的現(xiàn)狀，也能夠增強(qiáng)泉州灣國(guó)際候鳥(niǎo)遷徙站的作用.同時(shí)，政府要禁止對(duì)濱海海沙的開(kāi)采，防止海水入侵程度的加劇.采用多孔混凝土及其他自然材質(zhì)構(gòu)成生態(tài)護(hù)岸，形成阻擋海水入侵的天然屏障時(shí)，也為野生動(dòng)物提供了棲息場(chǎng)所.嚴(yán)格控制地下水開(kāi)采的同時(shí)，也需有計(jì)劃地加強(qiáng)對(duì)地下水的回灌補(bǔ)給，如修建地下蓄水庫(kù)、攔河閘等.

泉州市特殊的地理位置及氣候決定了其發(fā)展方向，即海灣型城市.出于旅游業(yè)的考慮，海水入侵程度較嚴(yán)重的海岸帶（Ⅲ，Ⅳ類(lèi)水質(zhì)）可劃為旅游用地，但不適宜永久性建筑物用地.濱海地帶是開(kāi)發(fā)商眼中海景住宅樓的黃金地段，但其興建在海水輕度入侵處（Ⅱ類(lèi)水質(zhì)）時(shí)，必須要考慮混凝土及鋼筋的耐久性.對(duì)于沿海養(yǎng)殖漁業(yè)，禁止隨意引入海水，提高海水位，嚴(yán)格執(zhí)行休漁和禁漁制度，推進(jìn)生態(tài)漁業(yè)生產(chǎn)方式.推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，還可利用微咸水澆灌耐鹽作物.工業(yè)不適合安置在受海水入侵影響的海岸帶.海水入侵對(duì)當(dāng)?shù)厝藗兊娘嬎斐闪死щy，解決其飲水問(wèn)題已刻不容緩.

4 結(jié)論

1）將模糊綜合評(píng)價(jià)法運(yùn)用在泉州灣海水入侵研究中，建立了相應(yīng)的適用數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，并對(duì)兩大研究區(qū)域的水樣進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，獲得了海水入侵的綜合評(píng)價(jià)圖.從評(píng)價(jià)結(jié)果可得出：該濱海地區(qū)地下水主要以Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)水質(zhì)為主，但Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)水質(zhì)占78.79%，超出一半取樣井點(diǎn)，表明洛陽(yáng)江流域地區(qū)已經(jīng)受到海水的入侵影響.海水入侵以輕度入侵為主，呈條帶狀分布；較嚴(yán)重入侵位置一般呈片狀分布在距海較近的填海地塊，最大入侵距離達(dá)到了1.50km.

2）根據(jù)實(shí)測(cè)值確定各個(gè)因子權(quán)重.與葛冰洋［18］采用的單一評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果相比，解決了單因子評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果過(guò)高的缺陷，避免了人為主觀因素，可較真實(shí)地反映泉州灣地區(qū)海水入侵現(xiàn)狀.

3）基于泉州灣海水入侵的現(xiàn)狀分析結(jié)果可知：要發(fā)展建設(shè)泉州市這一海灣型城市的海岸帶，就要足夠重視海水入侵的危害，特別是凸形海岸帶，其相比凹形海岸帶入侵程度更嚴(yán)重.從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、漁業(yè)及旅游業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，針對(duì)海水不同的入侵程度，提出了相應(yīng)的城市發(fā)展生態(tài)修復(fù)技術(shù)、預(yù)防措施.

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（責(zé)任編輯：黃曉楠 英文審校：方德平）

Effect of Quanzhou Bay Seawater Intrusion on Urban Development and Construction

LIN Yueqi，LIN Congmou，CHANG Fangqiang，MENG Xi，GE Bingyang
（Research Laboratory of Geotechnical Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

In order to solve the problem of seawater intrusion in Quanzhou Bay，it is necessary to establish the calibration of the invasion distribution.Fuzzy comprehensive evaluation method combined with sample measured data was used to build the suitable comprehensive evaluation model.The accurate evaluation results and the seawater intrusion degree distribution were obtained.The influence degree，the scope and the invasion of seawater intrusion were carried out，it′s showed that the region is mainly under mild invasion，the percentage ofⅡclass groundwater is 69.70%；the invasion on convex coastal zone impacted by the water flow is more serious than the invasion on concave coast，the maximum invasion distance is 1.50km；the evaluation results agree with the results in situ.

seawater intrusion；fuzzy comprehensive evaluation；Quanzhou Bay；urban construction

X 824

A

1000－5013（2016）04－0436－05

10.11830／ISSN.1000－5013.201604009

2015－04－26

林從謀（1957－），男，教授，博士，主要從事隧道與巖土工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的研究.E－mail：cmlin＠hqu.edu.cn.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41306051）；福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2015J01625）；國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201211039）；華僑大學(xué)高層次人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目（09BS621）