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        秦皇島市沿海地區(qū)海水入侵水文特征值變化趨勢分析

        2019-05-27 09:57:46趙云峰
        陜西水利 2019年4期
        關(guān)鍵詞:分析

        趙云峰

        (河北省秦皇島水文水資源勘測局,河北 秦皇島 066000)

        1 概況

        秦皇島市位于河北省東北部。東北接遼寧省綏中縣,西北臨河北省承德市,西靠唐山市的灤縣、遷安,南臨渤海。西距首都北京280 km,西南距石家莊483 km、距天津220 km[1]。總面積7802 km2,其中山區(qū)面積5648 km2,平原面積2154 km2。秦皇島市沿海平原地區(qū),涉及山海關(guān)區(qū)、海港區(qū)、北戴河區(qū)、撫寧區(qū)及昌黎縣平原區(qū),面積為1750.4 km2,海岸線東起山海關(guān)金絲河口,西止昌黎縣灤河口,總長162.7 km[2]。

        秦皇島市瀕臨渤海,由于地下水超采及地質(zhì)因素,沿海地區(qū)不同程度的海(咸)水入侵,進(jìn)一步加劇了本地區(qū)的用水緊張情勢[3]。本文對秦皇島市海水入侵分布特征進(jìn)行評價(jià),分析研究海水入侵區(qū)水文特征值變化趨勢。

        2 海水入侵成因

        海水入侵方式有多種,主要有面狀入侵、帶狀入侵、線狀入侵,線狀或帶狀入侵后,由于水力和地質(zhì)條件也可能擴(kuò)展為面狀入侵。秦皇島市沿海地區(qū)的海水入侵基本屬于面狀入侵,也有帶狀入侵后又?jǐn)U展為面狀入侵,如南戴河、白玉莊、棗園一帶屬于這類入侵方式,其它沿海地區(qū)屬于面狀入侵方式[4]。

        造成秦皇島市沿海地區(qū)海水入侵主要有兩方面的因素,一是自然因素,如水文地質(zhì)條件、降雨、河道徑流量、潮位的影響;二是人為因素,如長期大量超采地下水等[5]。

        秦皇島市沿海地區(qū)隨著城市化的發(fā)展,城市范圍內(nèi)工程建設(shè)增多,路面被硬化,這樣就使大部分降雨不能下滲,從而不能補(bǔ)充地下水,在本來就干旱的氣候下,更減少了降雨對地下淡水層的補(bǔ)給,從而更進(jìn)一步加劇了地下水漏斗的深度,為海水入侵創(chuàng)造了有利條件;海港區(qū)的海水入侵主要是由于熱電廠使用海水作為冷卻水,且冷卻水直接排入新開河,排水口距離新開河口3.6 km,使得新開河河道內(nèi)都為冷卻后的海水,在退水同時(shí)向兩岸侵入,增加了入侵范圍。

        3 海水入侵區(qū)水文特征值變化趨勢分析

        海水入侵區(qū)自然因素的各水文特征值是影響海水入侵動(dòng)態(tài)變化的重要因素,選取降水量、河道徑流量、潮位、地下水開采量四個(gè)主要的水文特征值對長系列資料進(jìn)行分析[6],與分析區(qū)地下水埋深和海水入侵調(diào)查資料進(jìn)行對比,確定影響海水入侵變化的主要影響因素。

        3.1 降水量變化趨勢分析

        降水是產(chǎn)生地表徑流和補(bǔ)給地下水的主要來源,降水量的大小及時(shí)空分布反映了一個(gè)地區(qū)的水資源狀況。秦皇島市的降雨年度分布不均,主要集中在6月~9月,且洪水主要由汛期暴雨形成,所以在分析降雨變化趨勢時(shí)應(yīng)將年降雨和汛期(6月~9月)降雨進(jìn)行比較,同時(shí)兼顧考慮能夠反映降雨強(qiáng)度的連續(xù)最大三日和最大一日降雨量,這些特征參數(shù)能夠直觀反映各分析區(qū)降雨變化趨勢。

        代表站秦皇島站1995年~2016年降雨量統(tǒng)計(jì)資料見表1,依據(jù)此資料點(diǎn)繪流域逐年雨量特征參數(shù)對照圖及各年代降雨量變化示意圖,降雨量特征參數(shù)大體呈穩(wěn)定趨勢,見圖 1、圖 2。

        表1 秦皇島站各年代降雨量參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

        圖1 秦皇島站逐年降水參數(shù)對照圖

        圖2 秦皇島站各年代時(shí)段雨量變化示意圖

        由圖1、圖2可以看出,降雨量分布規(guī)律相同;最大值出現(xiàn)在2010年~2016年,其中1995年~2010年各參數(shù)年均值較本世紀(jì)10年代分別減少了6.4%、19.9%、15.8%。由此可以看出,2000年~2004年降雨量減少程度較大,為整個(gè)系列的最小值,是整個(gè)研究系列的最枯時(shí)段。

        秦皇島市海水入侵區(qū)域年降水量變化趨勢大致相同,降水量具有年內(nèi)分配集中、年際變化大的特點(diǎn)。由多年平均月降水量統(tǒng)計(jì)表可以看出,連續(xù)最大四個(gè)月降水量一般集中在汛期(6月~9月),汛期降水量占全年降水量的80%左右,個(gè)別年份集中程度更高,達(dá)到90%以上,而汛期的降水量又主要集中在7月、8月,甚至更短時(shí)間之內(nèi)。不同流域代表站年雨量特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。

        表2 各流域代表站年降水量特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

        年雨量和汛期降雨量是從量的角度反映流域降雨的變化情況,而最大一日和連續(xù)最大三日降雨量既從量的角度又從降雨強(qiáng)度的角度反映降雨變化。從量上來分析,秦皇島市整個(gè)海水入侵區(qū)域降雨量在分析系列中呈明顯的先減小后上升趨勢,并具有顯著的分帶性,表現(xiàn)為本世紀(jì)10年代之后明顯大于本世紀(jì)初。而最近幾年增加的程度更大,基本上是整個(gè)系列的最大值或接近最大值。從強(qiáng)度上分析,整個(gè)流域變化比較平緩,但近幾年基本呈現(xiàn)出增大的趨勢,尤其是2012年,秦皇島沿海地區(qū)由于雙臺(tái)風(fēng)影響發(fā)生了全境的暴雨,處于系列的最大值。

        3.2 徑流量變化趨勢分析

        雙累積曲線是描述兩參數(shù)間關(guān)系是否有趨勢性變化的一種常用的方法。如果該站降水徑流關(guān)系不變,雙累積曲線應(yīng)呈線性增加,否則在發(fā)生變化處會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。

        分析區(qū)秦皇島沿海地區(qū)有實(shí)測資料的湯河秦皇島水文站1995年~2016年降雨徑流資料,點(diǎn)繪年雨量、年徑流量雙累積曲線圖,見圖3。

        圖3 秦皇島站年降雨、徑流雙累積曲線圖

        根據(jù)圖3可知,雙累計(jì)曲線較平穩(wěn),沒有出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折,該流域降雨量、徑流量關(guān)系良好,秦皇島沿海地區(qū)河流徑流量變化平穩(wěn),沒有明顯的轉(zhuǎn)折。

        3.3 潮位變化趨勢分析

        秦皇島海區(qū)以潮力弱、潮差小為其顯著特點(diǎn)。據(jù)實(shí)測,秦皇島海區(qū)多年平均潮位為88 cm(國家85高程),歷史最高潮位163.1 cm,出現(xiàn)在1972年7月26日,最低潮位為-227.9 cm,出現(xiàn)在1973年12月24日,汛期多年平均高潮位112.1 cm,平均潮差74 cm,最大潮差243 cm。潮流流速為0.6 m/s~0.9 m/s,退潮流速小于漲潮流速。

        根據(jù)河北水利水電勘測設(shè)計(jì)院1998年9月編制完成的《河北省海堤工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,河北沿海的秦皇島站、薊運(yùn)河防潮閘站高潮位分析成果見表3。

        表3 潮位分析成果表 單位:m

        根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可見,秦皇島海域潮位百年一遇高潮位和5年一遇高潮位僅相差0.28 m,潮位年際變化不大。

        3.4 地下水開采量變化趨勢分析

        地下水開采量數(shù)據(jù)來源于秦皇島市和各縣區(qū)的統(tǒng)計(jì)公報(bào),由于2014年原撫寧縣撤縣設(shè)區(qū),同時(shí)行政區(qū)劃變化,涉及海港區(qū)、撫寧區(qū)、北戴河區(qū)的統(tǒng)計(jì)口徑發(fā)生變化,影響到本次分析區(qū)中除灤東平原的其他三個(gè)分區(qū),故2014年后的開采量數(shù)據(jù)在系列里已不具備一致性,故本次分析只統(tǒng)計(jì)至2013年。

        根據(jù)秦皇島站2005年~2013年開采量統(tǒng)計(jì)資料點(diǎn)繪流域逐年地下水開采量參數(shù)對照圖,見圖4。

        圖4 秦皇島站逐年開采量參數(shù)對照圖

        由圖4可以看出,開采量特征參數(shù)基本保持穩(wěn)定,2010年左右開采量有所增長,隨后降低,變化幅動(dòng)較小。

        4 結(jié)論

        秦皇島沿海河流多為暴漲暴落的山溪性河流,暴雨歷時(shí)短,強(qiáng)度大,加上一年中,降水主要集中發(fā)生在7月、8月,占年徑流量的70%左右,且一次洪水的洪量主要集中在24 h內(nèi),24 h洪量占3 d洪量的70%以上。大量的地表徑流排入大海,地下水得不到充分補(bǔ)給,地下水位持續(xù)下降,海水壓迫海(咸)水體向內(nèi)陸延伸。

        為進(jìn)一步遏制秦皇島市沿海地區(qū)海水入侵改善地下水環(huán)境,建議加強(qiáng)該地區(qū)的地下水建設(shè),開發(fā)非傳統(tǒng)水資源,科學(xué)利用微咸水,完善河流擋潮工程。確保數(shù)據(jù)有效性,積累地下水水位和水質(zhì)資料,為沿海地區(qū)海水入侵調(diào)查提供數(shù)據(jù)支撐。

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