海水入侵海滨城市的环境危机_地下水位论文

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地下淡水无法饮用、土地因盐碱化而大片荒芜、城市钢筋混凝土及地下管线因腐蚀寿命大幅缩短,地面沉降……这些灾难性后果源自同一起点——海水入侵。

在沿海地区,由于大量开采地下水导致地下水位大幅度下降,海水侵入沿岸含水层并逐渐向内陆渗透,这种现象被称为海水入侵。海水入侵的直接后果是地下淡水受到海水的污染、沿岸土地盐碱化、水源受到破坏。从20世纪初欧洲首先发现海水入侵到现在,人类居住的五大洲都先后发生了海水入侵。据统计,全世界已经有几十个国家和地区的几百个地方发现了海水入侵问题,如荷兰、德国、意大利、比利时、法国、希腊、西班牙、葡萄牙、英国、澳大利亚、美国、墨西哥、以色列、印度、菲律宾、印度尼西亚、巴基斯坦、日本、中国、埃及等。全球范围的海水入侵已受到国际社会的广泛关注,因其给各国沿海地区带来的严重危害和巨大的经济损失,有关国家正积极地开展海水入侵问题的研究和治理。

我国沿海城市的海水入侵现状

我国有漫长的海岸线和众多的海岛,分布于我国大陆沿海和大陆架、大陆架斜坡及深水海盆的岛屿有5000多个;海岸线北起中朝边界的鸭绿江口,南至中越交界的北仑河口,总长约18000千米。东部沿海是我国经济较发达的地区,这里人口稠密,水资源供需矛盾突出。从20世纪60年代初开始,大连、宁波等个别城市到现在整个东部沿海地带都发生了不同程度的海水入侵,而且表现出愈演愈烈的趋势,不仅入侵速度逐年增加,危害也越来越大。

如今沿海岸线由北向南,发现海水入侵的主要地区有:葫芦岛市、大连市、秦皇岛市、天津市、山东半岛、苏北平原、上海市、宁波市、北海市等,其中以山东半岛最为严重。由于地下水超采使水位持续下降,沿渤海、黄海的沙质和基岩裂隙海岸地带发生海水入侵的程度很高,以山东省为例,平原地下水超采区(不包括宁津超采区)的面积为13408.25平方千米,中心埋深最大的超采区是淄博-潍坊超采区,达46.22米。山东沿海地区地下水位大幅度下降引发的海水入侵又以莱州湾最严重,形成了面积为11400平方千米的地下水位下降漏斗,其中地下水位在海平面以下的面积为2400平方千米,1988年漏斗中心地下水位在海平面以下20米。截至1995年底,莱州湾地区海水入侵面积已达974.6平方千米,如今仍以大约每年400米的速度向陆地延伸,如果任其发展,未来二十年内,海水入侵面积将达到整个莱州湾地区面积的四分之一。据统计,目前区内已有40万人吃水困难,8000余眼农用机井报废,24万公顷耕田丧失灌溉能力,粮食每年减产3亿千克,工业产值每年损失4亿元。

今天,地下水位的下降引起的海水倒灌入侵敲响了沿海城市的生产生活用水危机的警钟,而海水中的氯离子对混凝土和地下管网都有腐蚀性,入侵到城市后,必然会增大城市建设中的防腐成本。如今我国沿海还有许多城市,如山东省的烟台市、威海市和青岛市,辽宁省大连市、锦州、锦西、营口市和河北省秦皇岛市正饱受着的海水入侵和水质恶化的困扰。如青岛市地下水超采区约900平方千米,严重超采区约300平方千米,地下水超采已经引起了地面沉降、水质恶化等后果。秦皇岛市、大连市地下水位漏斗中心标高低于海平面,海水逐渐内侵,已经严重影响到人民的生活和城市的发展。据统计,1992年辽宁省海水入侵面积达434平方千米。大连目前的海水入侵面积为385平方千米,占大连陆地面积的3%,而且海水入侵面积仍呈增加趋势,严重海水入侵区的范围也在扩大,一些水源地的C1[-]含量已经高达每升1300毫克(远远超出每升300毫克的入侵标准),面临废弃的危险。在广西北海市的海城区和涠洲岛都发生了长期超采引发的海水入侵。近期有报道称,海口市地下水位正以每年2至3米的速度下降,中心水位埋深达20米,比海平面低17米,漏斗面积已达500平方千米,并以每年50平方千米的速度向外扩散,海口距离海水入侵的日子越来越近。海水入侵对人们生活的影响不仅是吃水困难,而且地方病发生率也有所增加。在海水入侵严重的莱州湾地区,由于饮用劣质水,氟斑牙和布氏菌等发病率明显上升,且氟骨症和肝吸虫病也开始出现。

除了对生产生活用水的严重影响外,海水入侵对土壤的盐碱化造成的损失也是不容忽视的。海水入侵直接导致土壤盐碱化,植被不能生长,灌溉能力丧失、土地生产能力下降,造成大片土地荒芜。由于地下水位下降形成的降落漏斗引起周围地下水向灌区补给,咸淡水过渡带逐渐向灌区移动,不仅灌溉带来的地表水盐分增加无法排出,逐步向深层入渗,而且灌区周围侧向补给的地下水中的盐分也会在灌区集中。如此长期大量利用地下水灌溉,水分经蒸腾而散失后,盐分大部分滞留在土壤中,使土壤含盐量和地下水的矿化度逐渐增加,势必导致农作物减产以及生态环境的破坏。例如天津市地下水咸淡分界面20世纪70年代在50至60米处,现在已降到120至140米,个别地区已降到200米处。由于天津是海冲积平原地带,所以天津市土壤盐碱化十分严重,有盐化土壤256.4万公顷,占全市总土地面积的38.9%,其中耕地126万公顷,占全市总耕地面积的37%,是全国各省市盐碱地所占比例最高的一个地区。盐渍化土壤在距渤海越近的地区,所占土地面积的比例越大,有些地区盐渍化土壤差不多是连片分布。又如莱州市滨海平原区的土地质量原本很高,受海水侵染后,入侵区的农业产量一般减产3%左右,每年减产粮食约7500.104千克。龙口市1991年4月实测海水入侵面积为88.7平方千米。该市林场有一片黑松林死亡率达40%,并且死亡面积和死株率有继续增长的趋势。1989年烟台市沿海山林2.2万公顷黑松林出现单株和成片死亡现象,其中严重林片1377公顷。甚至我们的宝岛台湾近期也报道,岛内海水入侵的现象长期伏隐地下,如果不阻止地下水超抽、适当补注已下陷干涸的含水层,海水乘虚而入,后果恐难收拾。据了解,超抽地下水是台湾岛内海水入侵造成土壤盐化的主因,但近年来,养殖渔民为了不超抽地下水,鱼场改引海水养殖咸水鱼以及经营海钓场,造成咸水垂直入渗地表,“内外夹攻”更加重了地下水的盐化问题。

2001至2002年,国土资源部完成了第二轮全国地下水资源评价后,指出我国地下水资源形势十分严峻,一些地区超量开采地下水,诱发了地面沉降、岩溶塌陷、海水入侵等地质灾害,给人民生命财产安全与国民经济建设带来严重危害,许多城市由于地下水污染趋势严重而面临水质型缺水。大量触目惊心的报道和数字正告诉我们,防治海水入侵已成为燃眉之急。

阻断海水入侵的方法

然而,有关专家表示,海水入侵几乎是不可逆的。在海水入侵形成地区,即使能采取措施阻止新入侵的形成,但因为地下原有的淡水已和海水混合在一起,要改善还需要一个漫长的过程,并且成本很高。目前,还没有很好的抵御海水入侵的方法,已经采取的防治措施中包括适应现状、阻排咸水、地下水的限制开采和合理开发利用、开源节流这样几个层次。对于海水入侵严重的地区,目前主要以实施阻排咸水的工程措施为主。

阻挡海水入侵,目前大多采取建地下帷幕坝和地下水库的方式。修建时投资较大,但管理和维修费用较低,能够有效阻挡海水入侵。地下帷幕坝是指在海与陆地之间根据地形地貌设置一条水泥隔断,修筑方法是向地下深处灌注水泥浆,水泥浆凝固后在地底形成一道人工挡水墙,它不仅可以阻挡海水从地下渗入陆地,还可以拦截经地下流入大海的淡水。如果在地下帷幕坝围成的地上区域再建设取水设施,把区域内经海水混合的水抽出来,然后通过降雨等补充进淡水,就可以形成地下水库。但这种方法的缺点在于,天然地下径流受阻很可能引起水质恶化和污染的危险。目前,大连市在旅顺口区的三涧堡、龙河、龙王塘已建成三座地下帷幕坝,在长海县建成一座地下水库,山东省龙口市在八里沙河和黄水河上也修建了这样的帷幕。

另外阻止海水入侵还可以采取建水力帷幕的方法。水力帷幕是在位于海水入侵前缘的内陆一侧,向钻孔中注水抬高地下水位形成一道淡水帷幕,同样能够阻挡海水的入侵。其注水速度越高,效果越好,但这种方法的缺点是修建和管理的费用高,且需补充水源,这在缺水地区较难做到。有人提出,回收质量适宜的废水可满足补充水的部分要求,即修建管道把用水大户排出的废污水引到附近海边注入一排钻孔,形成水力帷幕,用污染海边空旷地带这一“小害”来代替海水入侵和废污水污染城镇这两个“大害”。但这种方法可能引起地下水的污染。还有人提出,在相对密闭的钻孔向含水层系统压气建幕的方案,即用不断压气时消耗的能量来换取环境效益。对灌污水和压气这两个方案目前还均需开展试验研究确保可行。

排泄咸水的工程措施可分为抽水槽和一井双泵两个方法。抽水槽建设和运行的成本较高,并且因为从地下水位下降槽内抽出的是淡水与海水的混合物,所以必然会浪费一部分地下水,减小地下水可采资源量,故一般来说经济上不合理,除非配合其他方法。在采用其他方法以前,这种方法可暂时降低入侵含水层中地下水的含盐量。而从长远来看,只有在地下水相当咸,要求消耗一部分淡水以保持盐平衡的情况下,此方法才是合理的。一井双泵是指上泵抽出淡水供水,下泵抽出咸水排走,这是一个相对较好的方法。联合槽幕,即在近海处抽水成槽,在稍远海处注水建幕,也是阻扰咸水的另一种联合形式。

除了上述工程方法,限制地下水开采,并对地下水进行合理开发利用也是必不可少的。例如水源地合理布局,采取沿海禁采,近海少采,远海多采,分散开采的原则;充分利用当地雨水资源,雨水集流利用等。开源节流,途径很多,很多国家和地区都有各自的做法,至于节约用水的重要性就不再赘述了。

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