海水垂向入侵问题研究进展

随着全球气候变暖,风暴潮在沿海地区的频率和强度均可能增长,由此引发的海水垂向入侵可能会造成大面积的含水层淡水咸化。同时,由人类活动引起的沿海虾塘咸水养殖规模日益增长,由此引发的咸水垂向入侵可能会导致沿海地区地下水水质及生态环境的恶化。虽然已有一部分学者在海水(咸水)垂向入侵的研究中取得了成果,但由于海水(咸水)垂向入侵过程复杂,其对地下水咸化及恢复规律依然有待深入研究。文章阐述了海水垂向入侵的危害及前人的研究办法,总结了他们的研究成果并得出了海水垂向入侵的影响因子,指出了洪水和养殖活动对沿海地区含水层的威胁。得出的结果如下:研究海水垂向入侵常用的方法包括室内试验和数值模拟;海水垂向入侵主要与地形地貌、含水层性质和水文气象条件有关;虾塘养殖等人类活动可能会成为垂向咸水入侵的潜在来源。建议未来在海水垂向入侵研究中将多种现场观测实验方法结合起来。数值模拟应注重与现场观测实验数据相互验证,模型简化的方式有必要仔细考虑。虾塘养殖等人类活动可能造成的垂向咸水入侵问题应更多地受到关注。     

江苏盐城滨海地区浅层地下咸水的水盐来源及咸化成因

江苏盐城滨海地区浅层地下咸水对区域水资源利用和生态环境保护具有重要影响,为了查明浅层地下咸水的水盐来源及咸化成因,于2018—2019年采集了研究区河水、雨水、海水、地下淡水、微咸水及咸水等不同类型水样,对水样的水化学组成、离子比、Piper三线图、氢氧同位素组成及14C测年结果进行了分析,结果表明:(1)潜水与第Ⅰ承压含水层地下水均以咸水为主,潜水含水层上部存在埋深小于10 m的淡化层,向海方向分布有淡水、微咸水、咸水水质类型。(2)潜水与第Ⅰ承压含水层地下水主要来源于全新世暖期降水补给,盐分来源于强烈蒸发浓缩后的古残留海水。(3)潜水淡化层地下水主要来源于现代时期降水补给,盐分来源于岩盐和铝硅酸盐矿物的溶解,废黄河口部分地区地下水咸化主要受海水入侵影响。     

海水入侵对莱州湾地下水氟释放潜在影响研究

分析莱州湾海水入侵与莱州湾富氟地下水概况,并讨论了海水入侵对莱州湾地下水氟释放的影响。莱州湾海水入侵改变了地下水地球化学性质,这一过程将有利于增加地下水水-岩作用过程中氟释放,从而促进地下水氟释放,莱州湾地下水氟富集与海水入侵存在某种潜在关系,特别是与古海水(咸、卤水)入侵有关。开展相关的模拟及实验研究对沿海地区氟中毒机理以及海水入侵环境效应等具有十分重要的意义。     

莱州湾南岸海水入侵变化趋势及成因分析

为了探讨滨海经济快速发展形势下莱州湾南岸海水入侵范围变化及其控制因素,利用2011—2015年4月份(枯水期)莱州湾南岸地下水潜水层TDS(可溶性固体总量)、Cl–质量浓度连续监测数据,结合历史资料,分析莱州湾南岸海水入侵分布特征。结果表明,近5年来研究区地下水Cl–质量浓度均值为13.4 g/L,呈由岸向内陆快速减小趋势;研究区海水入侵呈带状分布,2015年入侵线向内陆伸入超过45 km,入侵范围较1980年向陆扩张约11~30 km。通过对比分析得出,研究区年均降雨量、地下水位埋深及地下水超采面积与海水入侵面积呈显著线性相关,发现持续干旱气候、地下淡水超采是导致海水入侵扩张的主要因素,卤水开发、海水养殖及莱州湾沿岸河流拦蓄工程进一步导致海水入侵的加剧。     

莱州湾东岸海底地下水的水文地球化学特征及其地球化学演化模式

莱州湾东岸的海底地下水主要分布在浅海区的第四纪松散沉积物中,明显有别于海水,目前已被大量开采利用。从内陆向海区分别取地下水样化验分析,其pH值、密度、钠吸附比(SAR)、rCl/rBr等化学特征值呈现出从陆向海逐渐变化的规律,内陆含水层地下水中较高的硝酸盐类污染物,在海底地下水中也有明显的反映,地下水的水化学类型也由ClCa·Na·Mg型转变为ClNa·Mg型和ClNa型。另一方面,海底地下水的主要组分、浓度和矿物相组成也有自己的特点。研究发现,从内陆向海区,地下水的离子强度和矿物质的饱和指数均呈现出一定的变化规律。地下水中的这些离子以及矿物相在空间上的水岩交换变化,使地下水逐渐从淡水演化为微咸水和咸水,构成了海岸带地下水地球化学演化的一般模式。鉴于海底地下水与内陆地下水的紧密联系,今后陆地含水层一旦被污染,地下水向海区的化学输移将带来一定的环境效应。这应当引起我们足够的重视。     

直流电阻率法在洋戴河平原海水入侵识别中的应用

海水和淡水之间的显著电性差异使得直流电阻率法可用于识别和监测海水入侵。洋戴河平原不同海水入侵程度含水层,其电阻率呈现出显著分异,一般规律为:严重入侵(5Ω·m),轻度入侵(5～13Ω·m),未入侵(13～150Ω·m)。结合水文地质钻孔资料,依靠含水层电阻率分布识别海水入侵。结果表明,洋戴河平原部分地区海水入侵进程具有明显的季节效应,由于农灌开采地下水导致6月海水入侵程度较为严重,3、11月海水入侵程度相对较弱。研究区滨海浅层地下咸水(微咸水)区主要分布在河道两侧,并向周围抽水灌溉区发展,其主要来源是海水沿河床入侵后形成的混合咸水以及灌溉回归水。现有的措施已经对海水入侵发展起到了一定的减缓作用,但仍需加强典型地段的防治。     

天津市海水入侵调查研究

海水入侵是一种由人类经济活动和自然环境变化共同引发的地质灾害。本文以天津市2018-2022年海水入侵监测数据为基础,运用矿化度、氯离子浓度等指标作为判别方法,调研本市海水入侵现状。结果表明,有2个监测站位为严重入侵,地下水水质为咸水;2个站位为入侵,水质为微咸水;1个站位为无入侵,水质为淡水。通过计算,2021年海水入侵距离最大。最后,本文根据天津市沿海地区的特点,针对性地提出了海水入侵的治理措施。     

变密度地下水流模拟软件SEAWAT-2000简介

<正>滨海地区是全球经济最发达、人类聚居密度最大的地区,滨海含水层中的地下水是这一地区重要的淡水资源。海水入侵到地下水中是由于天然或人类活动,使咸淡水之间的动态平衡被打破而出现海水向滨海淡水含水层入侵的现象。海水入侵将会导致(如水质恶化、土壤盐渍化及荒漠化等)一系列生态、环境恶化问题(成建梅等,2004)。滨海地区     

辽东湾西部滨海地区海水入侵研究

通过对19个观测井2年定期、连续的水位观测,以及水质主要9种离子浓度分析,阐述了辽东湾西部沿岸海水入侵的分布特征。根据海水入侵区地下水中主要离子浓度与地下水的相关关系,总结了随着海水入侵的发展地下水化学类型的变化。地下水化学类型分为5大类型:Na+-Cl-型、Cl-.HCO3-或HCO3-.Cl-型(阳离子为Ca2+.Na+)、HCO3-.Cl-.SO42-或Cl-.HCO3-.SO42-型水(阳离子为Ca2+)、SO42-.HCO3-型(阳离子为Na+.Ca2+)、HCO3-型(阳离子为Ca2+.Na+)。该区地下水水化学类型呈带状分布,类型变化规律明显,反映了海水入侵分布特征。当淡水开采时,水位降深越大,微咸水入侵强度越大。控制淡水开采是防止微咸水入侵的主要措施。     

海水资源开发及综合利用浅析

淡水资源缺乏成为世界性难题,中国人均淡水量只有世界人均水平的3/10,缺水形势非常严峻。由于中国的发达地区多集中在沿海地区,大部分工业也集中分布在沿海地区,许多沿海地区由于地下水超采,已造成地下水位大幅下降、地面下沉、海水倒灌,严重影响了地下水资源的保护。同时,淡水     

莱州湾海底地下水动态及影响机制研究

地下水监测及数理分析是地下水动态研究的主要方法。但目前海岸带地区多以陆域地下水监测为主,海域部分尤其具有多层含水层系统的海底地下水缺少直接监测数据。本研究通过海域钻孔ZK03与ZK08实时监测不同层位海底地下水动态以及海洋潮汐变化,结合其地层结构和沉积演化背景,分析莱州湾海底地下水动态特征并揭示其影响机制。研究结果表明,莱州湾海底地下水动态具有周期性和分层性特征;全新世含水层与海水关系密切,其海水入侵界面垂向上厚10 m左右。海底地下水分层与沉积地层划分大致相同,其动态特征是在地层结构及沉积演化环境影响下,降水、径流及潮汐驱动不同层深地下水间或地下水与海水间混合作用的结果。本文初步构建了海底地下水分布模式,探讨区域地下水与海水的相互作用关系。莱州湾海底地下水动态研究对于深入分析海(咸)水界面变化机制及探索海底地下水排泄具有推动作用。     

海南省海岸带典型区域海水入侵现状评价

基于海南省东部和南部海岸带地区地下水现场监测数据和室内水化学测定数据,研究了各水化学指标间的相关性,分析了区域海水入侵现状。研究结果表明地下水中Cl~–与Na~+的变异系数较高,与矿化度(TDS)具有强的相关性;以m(Cl~–)(m表示质量浓度)和TDS分别作为评价因子开展了海水入侵现状评价,结果表明研究区域内地下水未受到海水入侵的影响;m(Na~+)/m(Cl~–)、 m(Cl~–)/m(HCO_3~–)、m(Cl~–)/m(SO_4~(2–))、m(Ca~(2+))/m(Na~+)、m(Ca~(2+))/m(Mg~(2+))、钠吸附比(SAR)与m(Cl~–)的相关性分析结果表明m(Na~+)/m(Cl~–)、m(Ca~(2+))/m(Na~+)、m(Ca~(2+))/m(Mg~(2+))以及SAR4个参数可以作为海南省海水入侵判定的评价因子。研究结果对建设海南省"国际旅游岛"战略目标,指导当地合理利用地下水具有参考价值。     

水库对海岸带海水入侵影响的数值模拟研究

修建海岸水库是满足滨海地区淡水资源的保障的一个重要方式,为了进一步分析海岸水库的建立对滨海含水层的海水入侵的影响,采用SUTRA(saturated-unsaturatedtransport)模型建立具有代表性的二维海岸模型开展定量和定性研究,结果表明:潮汐作用抑制底层盐水楔的入侵,加快海陆物质交换;实例中计算表明建坝后,海岸水库坝体的建立加剧了海水入侵;水库水位在平均海平面以下时,潮汐动力因素占主导,海水入侵严重且随着水位抬高,海水入侵程度基本保持不变,应注意海水入侵的防治;库区水位在平均海平面以上时,海水入侵程度随着库区水位的抬高而减少,可以调节水库水位进行滨海含水层的海水入侵的防控;海岸水库在建设中存在一个控制水位,当水库水位在控制水位以上,库区水体盐度和含水层淡水储量能得到保证;库区高水位时内陆物质运移时间较长,运移区域较广,氮类污染物易在库底含水层堆积,需重视含水层的地下水污染防治。     

Active exchange of water and nutrients between seawater and shallow pore water in intertidal sandflats

In order to determine the temporal and spatial variations of nutrient profiles in the shallow pore water columns (upper 30 cm depth) of intertidal sandflats, we measured the salinity and nutrient concentrations in pore water and seawater at various coastal environments along the southern coast of Korea. In the intertidal zone, salinity and nutrient concentrations in pore water showed marked vertical changes with depth, owing to the active exchange between the pore water and overlying seawater, while they are temporally more stable and vertically constant in the sublittoral zone. In some cases, the advective flow of fresh groundwater caused strong vertical gradients of salinity and nutrients in the upper 10 cm depth of surface sediments, indicating the active mixing of the fresher groundwater with overlying seawater. Such upper pore water column profiles clearly signified the temporal fluctuation of lower-salinity and higher-Si seawater intrusion into pore water in an intertidal sandflat near the mouth of an estuary. We also observed a semimonthly fluctuation of pore water nutrients due to spring-neap tide associated recirculation of seawater through the upper sediments. Our study shows that the exchange of water and nutrients between shallow pore water and overlying seawater is most active in the upper 20 cm layer of intertidal sandflats, due to physical forces such as tides, wave set-up, and density-thermal gradient.     

黄河三角洲浅层地下水位年内变化特征及影响因素

基于黄河三角洲地区3个站位的1小时一次的浅层地下水位连续观测记录,将浅层地下水位与同时期ERA5高分辨率再分析实际蒸发量数据结合,并联合潮位、降水量和径流量等数据,通过快速傅里叶变换、时序分析等方法,分析并阐明了黄河三角洲地区浅层地下水位变化的特征及机制。结果表明：（1）不同的沉积环境导致了浅层地下水位整体变化的差异。表层沉积物渗透性相对较强区域,浅层地下水位波动剧烈;而表层沉积物透水性较差地区,浅层地下水位在6月中上旬存在低谷,但总体相对稳定;（2）潮汐对黄河三角洲浅层地下水位在水平方向的影响范围至少可达7km,但不超过15km。在其影响区域内,浅层地下水位波动滞后于潮汐的时间存在年内变化,分为两个时间上持续各6个月的区间,二者数值相差约12h;（3）降水量与实际蒸发量是黄河三角洲浅层地下水位升降最主要的影响因素。此外,农业活动也对浅层地下水位的变化有一定影响。对黄河三角洲浅层地下水位变化规律研究,能够为本地区土地盐碱化、海水入侵灾害防治与生态保护提供科学依据。     

黄河三角洲浅层地下水化学特征与演化

2009年4月~2010年3月连续2年对黄河三角洲19口地下水监测井进行观测并对地下水离子化学成分分析,探讨了该区域浅层地下水化学成分、水化学类型及演化规律,为揭示区域地下水环境特征和演化具有现实意义。结果表明,黄河三角洲地区地下水p H值变化较小,地下水埋深较浅且年内变化幅度为1.0~3.0 m,但矿化度和各离子差异明显,地下水以Na+、Cl–占绝对优势;矿化度较低的测井的离子浓度变幅较小,反之,矿化度高的测井离子浓度变幅较大;地下水化学类型分为氯化物型、重碳酸盐氯化物型、重碳酸盐氯化物硫酸盐型和硫酸盐重碳酸盐型四大类型,主要包括Na+-Cl–、Na+-Cl–.3HCO?、Na+-Cl–.3HCO?、Na+-Cl–.3HCO?.24SO?、Na+-3HCO?.Cl–.24SO?和Na+-24SO?.3HCO?六种子类型,氯化物型主要分布于广饶县咸水入侵区和滨海区域,重碳酸盐氯化物型主要分布于黄河三角洲保护区内,重碳酸盐氯化物硫酸盐型分布在广饶县咸水入侵区,硫酸盐重碳酸盐型主要分布在靠近黄河流路附近;根据黄河三角洲流路变迁和Gibbs模型,黄河三角洲地区水样化学组成均落在Gibbs提出的Boomerang Envelope模型右上翼,表明研究区水样化学组成主要受蒸发和沉淀作用,海水控制起次要作用,土地利用变化、灌溉、施肥等人为活动的影响亦不能忽视。     

Uncertainty and Sensitivity Analyses of the Simulated Seawater?Freshwater Mixing Zones in Steady-State Coastal Aquifers

The uncertainty and sensitivity of predicted positions and thicknesses of seawater-freshwater mixing zones with respect to uncertainties of saturated hydraulic conductivity, porosity, molecular diffusivity, longitudinal and transverse dispersivities were investigated in both head-control and flux-control inland boundary systems. It shows that uncertainties and sensitivities of predicted results vary in different boundary systems. With the same designed matrix of uncertain factors in simulation experiments, the variance of predicted positions and thickness in the flux-control system is much larger than that predicted in the head-control system. In a head-control system, the most sensitive factors for the predicted position of the mixing zone are inland freshwater head and transverse dispersivity. However, the predicted position of the mixing zone is more sensitive to saturated hydraulic conductivity in a flux-control system. In a head-control system, the most sensitive factors for the predicted thickness of the mixing zone include transverse dispersivity, molecular diffusivity, porosity, and longitudinal dispersivity, but the predicted thickness is more sensitive to the saturated hydraulic conductivity in a flux-control system. These findings improve our understandings for the development of seawater?freshwater mixing zone during seawater intrusion processes, and give technical support for groundwater resource management in coastal aquifers.     

Uncertainty and Sensitivity Analyses of the Simulated Seawater—Freshwater Mixing Zones in Steady-State Coastal Aquifers

The uncertainty and sensitivity of predicted positions and thicknesses of seawater-freshwater mixing zones with respect to uncertainties of saturated hydraulic conductivity, porosity, molecular diffusivity, longitudinal and transverse dispersivities were investigated in both head-control and flux-control inland boundary systems. It shows that uncertainties and sensitivities of predicted results vary in different boundary systems. With the same designed matrix of uncertain factors in simulation experiments, the variance of predicted positions and thickness in the flux-control system is much larger than that predicted in the head-control system. In a head-control system, the most sensitive factors for the predicted position of the mixing zone are inland freshwater head and transverse dispersivity. However, the predicted position of the mixing zone is more sensitive to saturated hydraulic conductivity in a flux-control system. In a head-control system, the most sensitive factors for the predicted thickness of the mixing zone include transverse dispersivity, molecular diffusivity, porosity, and longitudinal dispersivity, but the predicted thickness is more sensitive to the saturated hydraulic conductivity in a flux-control system. These findings improve our understandings for the development of seawater?freshwater mixing zone during seawater intrusion processes, and give technical support for groundwater resource management in coastal aquifers.