近年秦皇島市海水入侵分析及現(xiàn)狀探討

李微微 傅圓圓 楊雯 王眾 楊超

摘 要：基于秦皇島市近年海水入侵狀況監(jiān)測(cè)，分析2015-2019年海水入侵中氯離子和礦物質(zhì)的變化趨勢(shì)及其變化機(jī)制，進(jìn)而探討近年秦皇島海水入侵現(xiàn)狀。結(jié)果表明海水入侵區(qū)的礦物質(zhì)變化主要受降水的影響，過(guò)渡帶、未入侵區(qū)的礦物質(zhì)受降水的影響小。

關(guān)鍵詞：秦皇島市;海水入侵;氯離子;礦物質(zhì);降水量

秦皇島市位于東經(jīng)118°33'～119°51'、北緯39°24'～40°37'，地處河北省東北部，其海岸線全長(zhǎng)約 162.7 km，東起山海關(guān)金絲河口，區(qū)域包含海港區(qū)、山海關(guān)區(qū)、北戴河區(qū)、撫寧區(qū)和昌黎平原區(qū)，沿海平原地區(qū)面積約為1 750.4 km2[1]，海岸線止于西部昌黎縣灤河口處。

沿海地區(qū)由于自然和人為原因，地下含水層或河流地區(qū)發(fā)生海水倒灌，使咸潮影響帶擴(kuò)大并發(fā)生海水補(bǔ)給地下水的現(xiàn)象，稱為海水入侵[2]。海水入侵不僅使深層土壤礦化度升高，海水中的可溶鹽類還會(huì)被帶至土壤表層，造成整個(gè)地表的鹽堿化。引起海水入侵的原因較為復(fù)雜，與自然因素如水文氣象、水文地質(zhì)、海潮變化，以及人為因素如地下水超采致使地下水位連年下降、灘涂經(jīng)濟(jì)、河道采砂、水資源的調(diào)配利用等密切相關(guān)[3-4]。秦皇島沿海河流多為山溪性河流，一年中夏季是降水主要集中發(fā)生期，且受臺(tái)風(fēng)影響降水多為暴雨，歷時(shí)短、強(qiáng)度大，大部分降水排入大海，地面降雨徑流減少，使得地下水得不到充分補(bǔ)給而導(dǎo)致水位持續(xù)下降，形成海水壓迫使咸水體向內(nèi)陸延伸[5]。

秦皇島市位于渤海灣峽灣處，沿海地區(qū)存在海水入侵狀況，因地理位置差異入侵程度略有不同，近年受地下水超采和地質(zhì)等諸多因素影響，秦皇島地區(qū)的用水緊張情勢(shì)有所加劇[6]。通過(guò)對(duì)2015-2019年秦皇島市海水入侵狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，研究海水入侵區(qū)變化趨勢(shì)，定量分析降水對(duì)海水入侵的影響。

1 數(shù)據(jù)處理

2015-2019年，每年4月份對(duì)秦皇島濱海地區(qū)的海水入侵情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，在秦皇島沿垂直于海岸線方向共布設(shè)了3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，斷面間距大于10 km。每個(gè)斷面布設(shè)監(jiān)測(cè)站位3個(gè)（海水入侵區(qū)、過(guò)渡帶、未入侵區(qū)），監(jiān)測(cè)站位主要利用現(xiàn)有農(nóng)業(yè)用水井或居民飲用水井，監(jiān)測(cè)站位具體情況見(jiàn)表1和圖1。按照2014年1月國(guó)家海洋局印發(fā)的《海水入侵監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》[7]，海水入侵程度的評(píng)價(jià)參數(shù)取消了原有的礦化度參數(shù)，僅保留氯度參數(shù)，具體海水入侵程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[7]。

采用國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的月平均降水?dāng)?shù)據(jù)，由于海水入侵調(diào)查在每年的4月，本文用前一年的4月-次年3月數(shù)據(jù)作為本年的降水?dāng)?shù)據(jù)，來(lái)分析降水對(duì)海水入侵的影響。

采用Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算氯度、礦物質(zhì)與降水的關(guān)系，兩個(gè)變量之間的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差的商稱之為兩個(gè)變量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，估算樣本的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差，可得到Pearson相關(guān)系數(shù)，其值介于-1與1之間，所得數(shù)值的絕對(duì)值越大，表示其相關(guān)性越強(qiáng)，即所得相關(guān)系數(shù)值越接近于1或-1，相關(guān)度越強(qiáng);若越接近于0，則相關(guān)度越弱。通常狀況下，絕對(duì)值在 0.8～1.0代表極強(qiáng)相關(guān);0.6～0.8代表強(qiáng)相關(guān);0.4～0.6代表中等程度相關(guān)，進(jìn)而知曉所得數(shù)值所在的取值范圍，并判斷變量的相關(guān)強(qiáng)度。

2 多年海水入侵狀況機(jī)制分析

由于站位A1在洋河口入海口，此處氯離子和礦物質(zhì)含量較高，2015-2019年的入侵程度均為嚴(yán)重入侵，圖2、圖3分別為站位A1的氯離子、礦物質(zhì)在2015-2019年的變化趨勢(shì)，此處氯離子存在增加趨勢(shì)，入侵距離也隨著增加，而礦物質(zhì)存在下降趨勢(shì)，氯離子和礦物質(zhì)的變化趨勢(shì)與降水基本相反。圖2中，氯離子和降水在2016-2019年的變化趨勢(shì)完全相反，存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.692 4。說(shuō)明A1站位的氯離子變化部分受降水的影響，還有其他因素影響氯離子變化，譬如洋河口的徑流量，近年來(lái)隨著工業(yè)的增加，洋河口的徑流量存在明顯的下降趨勢(shì)[8]，洋河口入?？谔幍穆入x子存在上升趨勢(shì)，受洋河口徑流量的影響。同時(shí)，礦物質(zhì)和降水在2015-2019年的變化趨勢(shì)完全相反，見(jiàn)圖3。前一年的降水增加時(shí)，礦物質(zhì)減少，存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.984 2，說(shuō)明A1站位的氯離子和礦物質(zhì)變化受降水的影響。

圖4、圖5分別為三個(gè)區(qū)（海水入侵區(qū)、過(guò)渡帶、未入侵區(qū)）的氯離子和礦物質(zhì)變化趨勢(shì)，氯離子在海水入侵區(qū)和過(guò)渡帶2015-2018年存在明顯的上升趨勢(shì)，2019年有所下降，未侵入?yún)^(qū)的氯離子僅在2018年有所上升，與2017年的降水有所下降有關(guān);三個(gè)區(qū)的礦物質(zhì)在2015-2017年存在下降趨勢(shì)，在2017-2018年存在上升趨勢(shì)，在2019年有所下降，變化趨勢(shì)與降水完全相反。

由圖4可以看出海水入侵區(qū)、過(guò)渡帶的氯離子變化趨勢(shì)相同，未入侵區(qū)在2015-2017年的氯離子變化較小，在2017-2019年變化趨勢(shì)與海水入侵區(qū)、過(guò)渡帶相同。三個(gè)區(qū)的氯離子在2016-2019年與降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.712 6、0.774 4、0.610 2，說(shuō)明氯離子與降水存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，三個(gè)區(qū)的氯離子受降水影響，影響程度基本相同。

由圖5可以看出三個(gè)區(qū)的礦物質(zhì)變化趨勢(shì)相同，過(guò)渡帶和未侵入?yún)^(qū)的礦物質(zhì)數(shù)值相差不大，三個(gè)區(qū)的礦物質(zhì)在2015-2017年存在明顯的下降趨勢(shì)，2017年達(dá)到最低值，2017-2018年存在上升趨勢(shì)，2019年有所下降，2019年的礦物質(zhì)在過(guò)渡帶和未侵入?yún)^(qū)與2015年的數(shù)值持平，而在海水入侵區(qū)2019年的礦物質(zhì)數(shù)值低于2015年。三個(gè)區(qū)的礦物質(zhì)2015-2019年與降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.977 6、0.573 1、0.638 0，礦物質(zhì)與降水存在明顯的相關(guān)性，說(shuō)明海水入侵區(qū)的礦物質(zhì)與降水相關(guān)性最大，海水入侵區(qū)受降水影響最大，過(guò)渡帶和未侵入?yún)^(qū)受降水影響較小。

3 海水入侵現(xiàn)狀探討

海水入侵使本來(lái)脆弱的濱海生態(tài)環(huán)境情勢(shì)變得更加嚴(yán)峻，如不能及時(shí)采取防治措施，入侵繼續(xù)蔓延使沿海地區(qū)海水入侵狀況加劇。由于海水入侵在治理上難度相對(duì)比較大，且周期長(zhǎng)，會(huì)損害生態(tài)環(huán)境，制約海濱地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及群眾生活等產(chǎn)生不利影響。

不合理及過(guò)度開(kāi)采地下水是導(dǎo)致海水入侵的直接原因，防治海水入侵從地下水補(bǔ)給、徑流、排泄等角度出發(fā)，其核心是增加地下水的補(bǔ)給量以及限制沿海地區(qū)的地下水開(kāi)采量。首先，對(duì)濱海地區(qū)的地下水資源進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化管理，進(jìn)而調(diào)整對(duì)地下水開(kāi)采布局;其次，注重增加濱海地區(qū)的地下水補(bǔ)給，尤其是海水入侵區(qū)周邊;再次，在濱海地區(qū)建設(shè)多種攔蓄補(bǔ)源性工程，在河槽不同地段修建人工滲溝、滲渠等，使汛期降水得到充分利用，可加速地表水向地下水的轉(zhuǎn)化。

對(duì)于海水入侵區(qū)，采取適應(yīng)性改良及分區(qū)域治理，利用地下微咸水灌溉耐鹽性作物;建立適合區(qū)域生態(tài)特點(diǎn)良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，改善土壤;調(diào)整水資源利用方向，發(fā)展節(jié)水型工副業(yè);在地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給區(qū)，以涵養(yǎng)水源為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)展生態(tài)農(nóng)林業(yè)等，進(jìn)而發(fā)展海水入侵區(qū)經(jīng)濟(jì)，改善生態(tài)環(huán)境。

同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)海水入侵的監(jiān)測(cè)，掌握海水入侵的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，以便及時(shí)采取積極的應(yīng)對(duì)措施。

4 結(jié)論

本文基于2015-2019年秦皇島市三個(gè)斷面的海水入侵?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)氯度和礦物質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析研究，同時(shí)對(duì)比分析降水對(duì)氯度和礦物質(zhì)的影響，結(jié)論如下：

海水入侵區(qū)站位A1的氯度在2016-2019年的變化趨勢(shì)與降水相反，存在明顯的相關(guān)性;礦物質(zhì)在2015-2019年與降水存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，礦物質(zhì)比氯度更容易受降水的影響。

對(duì)比海水入侵區(qū)、過(guò)渡帶、未入侵區(qū)等三個(gè)區(qū)的氯度和礦物質(zhì)在2015-2019年的變化趨勢(shì)以及與降水的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)三個(gè)區(qū)的氯度在2016-2019年與降水之間存在明顯的相關(guān)性，海水入侵區(qū)的礦物質(zhì)主要受降水的影響，過(guò)渡帶、未入侵區(qū)的礦物質(zhì)受降水的影響小。

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（收稿日期：2021-06-01;修回日期：2021-07-16）