□梁 爽

山東省龍口市自從1975年發(fā)生海水入侵，便投入大量人力物力開展研究，主要集中在黃水河流域。對于海水入侵采用的最為直接的措施為黃水河流域1989年修建的地下截滲墻，成功滯緩黃水河流域的海水入侵速率，其次則是修建水庫進行儲存地表水供給生活所需，最后對于用水大戶南山集團進行用水制約。但是，對于西部沿海村莊的農(nóng)業(yè)灌溉用水，并未進行合理控制，天氣干旱情況下，大量抽取地下水灌溉，甚至抽取深層地下水進行使用。因此，目前西部沿海地區(qū)并未找到行之有效的海水防治措施，故對龍口市進行咸淡水動態(tài)模擬試驗，以便進一步掌握和探索該地區(qū)海水入侵的變化規(guī)律，使得海水入侵得到更好的解決。

1.基本情況

研究區(qū)位于山東省龍口市，沿渤海的 海 岸 地 帶，東 經(jīng)120°13′14″～120°50′48″，北緯37°21′15″～37°47′24″，西部與北部瀕臨渤海，整體呈楓葉狀。龍口市是暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候，季風進退明顯，四季分明，雨熱同期，降雨季節(jié)性強。據(jù)1960年到2014年的降水資料分析，龍口市多年平均降水量617mm，多年平均水面蒸發(fā)量1250mm，水面蒸發(fā)量大于降水量。同時蒸發(fā)降水基本同期，在炎熱的夏季降雨量大，同時蒸發(fā)量也大；在蒸發(fā)量較小的冬季降雨量也少，大氣降水很難被儲存。受地形地貌影響，東南山區(qū)蒸發(fā)量相對較少，徑流量相對較大。因此，西北平原干旱程度大于東南山區(qū)，推測海水入侵可能主要集中在西海岸地帶。

研究區(qū)內(nèi)主要分布有自東南流向北西的河流為黃水河、泳汶河、北馬河、八里沙河、界河共5條河流。其中，界河地跨龍口招遠兩地，其余河流的源頭也非龍口境內(nèi)，其共同特點是均在龍口境內(nèi)匯合入?！，F(xiàn)因連年干旱，降雨量小于蒸發(fā)量，以上河流在龍口境內(nèi)均已干涸。因此，研究區(qū)內(nèi)目前用水的天然儲備僅有地下水。

2.地質條件

研究區(qū)坐落于膠東半島的低山丘陵的北部，大體上是東南丘陵區(qū)地勢高、西北平原區(qū)地勢低，中部北部為平原?？傮w面積上，平原與山丘丘陵相持平。研究區(qū)內(nèi)地形地貌受地質構造和巖相以及古地理的控制，按其成因類型可以分為4個區(qū)：一是構造剝蝕的低山丘陵區(qū)，二是剝蝕堆積的山前臺地，三是侵蝕堆積的傾斜平原區(qū)，四是堆積海濱的條帶階地。

龍口市處于魯東斷塊之膠北塊隆的西北部，研究區(qū)內(nèi)斷裂構造發(fā)育，正斷層、逆掩斷層以及平移斷層均有發(fā)育，大多為中生代燕山運動的產(chǎn)物。主要斷裂構造有近東西向的柳海斷層、草泊斷層、九里店斷層、黃縣大斷裂以及北東向的玲瓏-北溝斷層；研究區(qū)內(nèi)褶皺構造較多，主要的褶皺構造有北馬向斜、北溝背斜、王家背斜等。北部柳海斷層和草泊斷層在較少資料中被提及，大部分學者認為黃縣與北溝斷層將研究區(qū)分為3塊，一盆地兩山地。

龍口市地層資料較少，且表面大都被第四紀覆蓋。在平原區(qū)廣泛分布第四紀砂層和黏土層；新生代以前的安山凝灰角礫巖、千枚巖、片巖、泥質灰?guī)r、白云質灰?guī)r等大都分布在黃縣大斷裂南部山區(qū)；更有太古代與元古代的變質巖在南部斷塊山區(qū)零星分布。由這些資料可以得知該市內(nèi)的地層巖巖性并不全是沉積巖，變質巖和巖漿巖也有分布。

另外，研究區(qū)內(nèi)的東南斷塊山區(qū)還分布有元古界玲瓏期的花崗巖、中生代燕山期的花崗巖和新生代的玄武巖。

3.水文地質條件

龍口市內(nèi)的地下水埋深一般約為6.2m，含水層多為孔隙潛水，偶有微承壓水，富水性不均一，黃水河流域地下水較豐富。地下水的補給來源主要為大氣降水和河水滲漏補給。地下水按其成因類型可分以下3部分，一為松散巖類孔隙水，為研究區(qū)內(nèi)主要的地下水類型；二為碳酸鹽類巖溶水，主要埋藏于灰?guī)r、白云質灰?guī)r等可溶巖的裂隙巖溶中；三為基巖裂隙水，分布在研究區(qū)的南部，埋藏于片巖、砂礫巖以及花崗巖的基巖裂隙中。

研究區(qū)含水層巖性以砂層、黏土層為主，其地下水類型主要為孔隙潛水，屬于中等-強富水層，補給源為大氣降水、地表水滲漏以及山丘基巖裂隙水補給；東南部山地廣泛分布的大多是中生代早期和晚元古代的花崗巖，少部分地區(qū)分布有新生代的玄武巖，其補給源僅有大氣降水?；◢徠閹r與花崗巖中潛水位以下的構造裂隙水含水層呈線狀分布，其透水性能與富水性能都較弱，無較大供水意義。玄武巖中一般為透水或不含水，局部含水的蓬萊群中，結晶灰?guī)r和泥灰?guī)r含水有較大量的巖溶裂隙水，可作為一般供水水源為工農(nóng)業(yè)供水。山區(qū)排泄主要以潛水徑流形式側向補給平原區(qū)地下水，或者以季節(jié)性泉溢出轉化為地表徑流。

圖1 不同水頭差下海水入侵程度動態(tài)變化圖

表1 承壓含水層海水入侵實驗方案

龍口市自從1975年發(fā)生海水入侵，便投入大量研究，主要集中在黃水河流域。對于海水入侵采用的最為直接的措施為黃水河流域1989年修建的地下截滲墻，成功滯緩黃水河流域的海水入侵速率；其次則是修建水庫進行儲存地表水供給生活所需；最后對于用水大戶南山集團進行用水制約。但是對于西部沿海村莊的農(nóng)業(yè)灌溉用水并未進行合理控制，天氣干旱情況下，大量抽取地下水灌溉，甚至抽取深層地下水進行使用。因此，目前西部沿海地區(qū)并未找到行之有效的海水防治措施。

4.不同抽水模式下咸淡水動態(tài)模擬

海水入侵實驗通過自主研發(fā)的模擬裝置開展，由滲流槽、測壓管、模擬井等。通過石英砂和黏土，構建潛水、承壓水含水層。地下淡水采用自來水進行模擬，著色海水由加入0.25～1.0g/L胭脂紅的氯化鈉溶液配制而成。內(nèi)設有完整抽水井，抽水井布設在距離咸水區(qū)30cm處，設置完整井并使用PU管與恒流泵的硅膠管連接。

在潛水含層海水入侵實驗中，通過調節(jié)海水區(qū)和淡水區(qū)溢流管高度，開展不同水頭差（2cm、3cm、4cm、5cm）條件下海水入侵實驗，實驗結果如圖1所示。實驗結果表明，咸淡水水頭差越大，入侵程度越小，穩(wěn)定時間越快。海水入侵長度隨時間呈平穩(wěn)上升趨勢至穩(wěn)定，而入侵高度上升過程中有波折現(xiàn)象，分析原因可能是隨入侵范圍的變大導致咸水帶淡水排泄口排泄量變化，改變了靠近排泄口水體密度。

在1.5cm與4cm水頭差條件下，開展不同抽水情形下（抽水量為20ml/min、50ml/min、75ml/min、100ml/min）的海水入侵實驗，當水頭差設置為1.5cm時，抽水井位于入侵界面之內(nèi)，抽水強度對入侵距離回退有一個閾值。當超過閾值時，咸水入侵長度發(fā)生后退但入侵高度會上升，并且隨抽水強度增加入侵高度不斷上升，直至達到海平面高度。當水頭差設置為4cm時，抽水井位于界面之外，海水入侵程度隨著抽水強度的增加而加劇。

承壓含水層海水入侵實驗方案見表1，通過同時改變實驗水頭差和海水密度，探討水力梯度和海水密度變化耦合作用對海水入侵的影響，然后通過多相多組分非等溫流動過程模擬軟件TOUGH2的EOS7模塊模擬上述實驗過程，模擬結果與實驗結果擬合較好。

5.結語

該區(qū)發(fā)生海水入侵的主要原因有兩方面，一方面是潮汐作用下的海水沿河道上溯，并向四周補給低水位地下水所產(chǎn)生的入侵，另一方面是由于地下水的大量開采形成降落漏斗，降落漏斗中心水位遠低于海平面產(chǎn)生指向內(nèi)陸的水力坡降，海水沿水力坡降方向入侵，通過多相多組分非等溫流動過程模擬軟件TOUGH2的EOS7模塊模擬不同抽水模式下咸淡水動態(tài)試驗過程，其模擬結果與實驗結果擬合較好?！?/p>