孫金華，吳永祥，林 錦，鐘華平，李 偉，韓江波，李岱遠

（1.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，210029，南京；2.水利部水文水資源工程技術(shù)研究中心，210029，南京；3.水利部大壩安全管理中心，210029，南京）

天然條件下，地下水自陸地向海洋方向排泄，咸淡水界面因地下含水層入海排泄量波動變化而維持著動態(tài)平衡。海水入侵是因各種自然因素（如連續(xù)干旱、海平面上升等）和人類活動（主要是過量開采地下淡水）導(dǎo)致濱海地區(qū)淡水體的水頭低于附近海水的水頭，海水與淡水之間的水動力平衡被破壞，造成咸淡水界面（過渡帶）向陸地方向移動的現(xiàn)象。我國海岸帶長達1.94萬km，重要的經(jīng)濟中心，如長三角、珠三角和環(huán)渤海灣，均分布在沿海地區(qū)。地下水過量開采和海平面上升等因素加劇了許多地區(qū)的海水入侵，引發(fā)了地下水水質(zhì)惡化、土壤退化等一系列生態(tài)環(huán)境地質(zhì)問題，嚴重制約沿海地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。解決好沿海地區(qū)海水入侵防治與地下水管理問題，可為我國京津冀協(xié)同發(fā)展、長三角一體化發(fā)展、粵港澳大灣區(qū)建設(shè)等國家重大戰(zhàn)略的實施提供水安全保障。

一、引 言

全球60%的大城市和60%～70%的人口分布在海岸帶及其緊鄰地區(qū)。受全球氣候變化和人為因素的雙重影響，沿海地區(qū)成為地球上最活躍但又最脆弱的區(qū)域，特別是海水入侵及其引發(fā)的土壤鹽漬化災(zāi)害，造成濱海地下水水質(zhì)惡化，威脅區(qū)域水安全，嚴重影響沿海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，世界上已有幾十個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了海水入侵，如美國、英國、法國、德國、日本、意大利、澳大利亞、荷蘭、比利時、希臘、西班牙、葡萄牙、以色列、墨西哥、印度、印度尼西亞、菲律賓、埃及、巴基斯坦等。我國于1964年首先在大連市發(fā)現(xiàn)海水入侵，隨后青島市也出現(xiàn)海水入侵問題。20世紀80年代以來，隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟社會用水量快速增加，地下水開采量不斷增多，海水入侵范圍也逐漸擴大?！笆濉眹抑攸c研發(fā)計劃“黃渤海沿海地區(qū)地下水管理與海水入侵防治研究”專項（以下簡稱“海水入侵重點專項”）研究成果表明，我國遼寧、河北、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西、海南等9個省份遭受海水入侵。

海水入侵區(qū)通常是農(nóng)業(yè)高產(chǎn)區(qū)。海水入侵使得地下水咸化、土壤鹽漬化，大批機井因水質(zhì)惡化報廢，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量大幅度下降，個別地方甚至絕產(chǎn)。海水入侵區(qū)通常又是工業(yè)密集區(qū)，海水入侵導(dǎo)致濱海平原地下水水質(zhì)日趨惡化，另建水源地或者增加輸水管線都會加大生產(chǎn)成本；水中氯離子含量增加，總硬度升高，不僅增加水處理費用，還降低產(chǎn)品質(zhì)量，并使生產(chǎn)設(shè)備及輸水管線遭受嚴重腐蝕。海水入侵還會造成入侵區(qū)地下水型飲用水水源水質(zhì)惡化，導(dǎo)致甲狀腺腫、氟骨病、氟斑牙、布氏菌病、肝吸蟲病等疾病的發(fā)病率顯著提高。

海水入侵對我國沿海地區(qū)水安全、糧食安全、生態(tài)安全和人民群眾生命健康造成了很大的危害，更會影響京津冀協(xié)同發(fā)展、長三角一體化發(fā)展、粵港澳大灣區(qū)建設(shè)等國家重大戰(zhàn)略的順利實施。海水入侵主要是由沿海地區(qū)地下水的不合理開發(fā)利用引起的，地方有關(guān)部門應(yīng)該提高對海水入侵成因與危害的認識，并結(jié)合本地區(qū)實際情況，加強沿海地區(qū)地下水管理，掌握海水入侵防治技術(shù)，推進海水入侵適應(yīng)性管理對策落地實施。

二、海水入侵現(xiàn)狀及成因

1.海水入侵現(xiàn)狀

根據(jù)海水入侵重點專項研究成果，黃渤海沿海地區(qū)是我國海水入侵最為嚴重的區(qū)域，海水入侵面積占全國的61%，主要分布于丹東、大連、營口、盤錦、錦州、葫蘆島、秦皇島、唐山、煙臺、威海、青島、日照等城市。此外，黃渤海沿海地區(qū)還有大片氯離子濃度大于等于250 mg/L的咸水體分布，面積占全國的89.6%。沿海地區(qū)咸水體的形成與過往地質(zhì)時期海水滯留、入侵有密切的關(guān)系。

2.海水入侵成因

我國沿海地區(qū)海水入侵成因主要有人類活動與自然變化兩種。

（1）人類活動

①地下水超采

我國沿海地區(qū)的海水入侵主要是地下水超采引起的。地下水的過量開采，破壞了天然條件下海岸帶含水層中淡水與海水間的平衡，導(dǎo)致海水向內(nèi)陸入侵。例如，在山東省沿海地區(qū)，由于工農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)增加，加上地表水資源供應(yīng)不足，地下水超采量不斷加大，導(dǎo)致煙臺、威海、青島、日照等四地海水入侵面積不斷擴大。

②河道無序攔水

在部分沿海地區(qū)，入海河流中上游修建了大量水庫、擋水閘及截潛流工程，層層截流，但缺乏統(tǒng)一調(diào)度管理，導(dǎo)致河道下泄生態(tài)流量無法保障，地下水補給量削減，海水入侵不斷加劇。

③河道采砂

部分地區(qū)在入海河道挖砂，導(dǎo)致河床高程逐年下降，海潮上溯距離延長，同時破壞了含水層結(jié)構(gòu)、改變了地下水補給條件，加速了海水向內(nèi)陸的侵入。

④曬鹽與海水養(yǎng)殖

濱海地區(qū)常有在海邊修建大量蝦池、參池等海水養(yǎng)殖場，擴建鹽田，抽引海水或高濃度地下鹵水曬鹽等生產(chǎn)活動，這些生產(chǎn)活動將海水引入內(nèi)陸數(shù)公里，加劇了局部地區(qū)的海水入侵。

（2）自然變化

①海平面上升

根據(jù)《中國海平面公報》，1980—2019年，我國沿海海平面上升速率為3.4 mm/a，高于同時段全球平均水平。預(yù)計未來30年，我國沿海海平面上升高度最大將達179 mm。海平面的上升使咸淡水之間原有的水動力平衡遭到一定程度的破壞，咸淡水界面向內(nèi)陸方向移動，加重了沿海地區(qū)的海水入侵問題。

②氣象條件

淺層地下水的補給主要來源于大氣降水。在豐水年，降水多，河道徑流大，補給地下水的水量就多，海水入侵速度就會減慢；在枯水年，尤其是連枯年份，降水少，地下水補給量少，加上地表水資源減少導(dǎo)致地下水開采量增大，會使地下水水位下降，海水入侵程度就會加重。此外，風(fēng)暴潮會使沿海地區(qū)部分陸地被淹沒，海水長時間在陸地滯留，為海水入侵創(chuàng)造了有利條件。

③海岸帶地質(zhì)條件

地質(zhì)構(gòu)造對海水入侵的發(fā)生地點、方式、途徑等起到了控制作用。砂質(zhì)海岸地層主要為第四系松散沉積物，容易發(fā)生海水入侵。另外，上覆第四系松散層、延伸入海的承壓含水層頂部存在巖性天窗，或因海底地形切割導(dǎo)致隔水層變薄、缺失，形成具有一定透水性能的基巖斷裂破碎帶或巖溶溶隙、溶洞等，均使海水可直接與含水層中地下水發(fā)生水力聯(lián)系，即形成連通海水與地下水的“通道”，易引發(fā)海水入侵。

總而言之，海平面上升、干旱少雨、地表水資源不足是海水入侵的背景因素；地質(zhì)條件是海水入侵的基礎(chǔ)條件，控制著海水入侵的分布、方式和途徑；不合理的人類活動是海水入侵的誘發(fā)因素，控制著海水入侵的速度和程度，其中過量開采地下淡水是最主要的原因。

三、海水入侵防治技術(shù)與方法

基于海水入侵重點專項成果，綜合分析黃渤海沿海地區(qū)已經(jīng)實施的海水入侵防治技術(shù)，并借鑒其他海水入侵區(qū)常用的防治技術(shù)與方法，歸納總結(jié)出海水入侵防治技術(shù)與方法，主要包括以下幾種類型。

1.地表攔蓄補源

地表攔蓄補源技術(shù)主要通過攔截和存蓄雨洪水、上游閘壩棄水、區(qū)間地表徑流等，提高地表雨洪水滯蓄能力。為提高地表蓄水入滲能力，地表攔蓄通常與河道治理結(jié)合實施，即采取疏浚、擴挖等方式改造已有坑塘、河道，形成滲水廊道，在閘壩前適宜區(qū)域修建回補池渠，實施地下水人工補給。山東省青島市大沽河干、支流上已修建多座閘壩，形成了梯級攔蓄模式，提升了地下水資源的補給和利用水平，在一定程度上緩解了當?shù)厮Y源緊缺形勢。

2.地下水井回補

地下水井回補是直接補給目標含水層地下水的主要技術(shù)方法。根據(jù)穿透地層厚度的不同，地下水回補井可分為包氣帶井和含水層井兩大類，其中包氣帶井又稱為干井或滲濾井。地下水回補井通常是機井，在地表土地資源有限、包氣帶滲透性差或補給目標含水層較深時，一般會通過機井將補給水源直接注入目標含水層。按照利用模式的不同，地下水回補井可分為單一注水井，含水層儲存回采系統(tǒng)和含水層儲存、運移及回采系統(tǒng)；按照注水補給技術(shù)的不同，可分為無壓回灌井、真空回灌井和加壓回灌井。

3.地下水庫調(diào)蓄

地下水庫是以含水層空隙為儲水空間，在人工干預(yù)下形成的具有一定調(diào)蓄能力的水資源開發(fā)利用工程。濱海平原海水入侵區(qū)的地下水庫主要利用地下壩體徹底阻斷海水入侵路徑，然后在地下壩內(nèi)陸一側(cè)，采取抽咸補淡方式，在治理咸水體的同時，積極回補淡水，在此基礎(chǔ)上開展地表水源的地下調(diào)蓄利用。地下水庫建設(shè)技術(shù)主要包括補給水源預(yù)處理、補給區(qū)建設(shè)、地下截滲墻建設(shè)、供排水設(shè)施建設(shè)、監(jiān)測與運行系統(tǒng)建設(shè)等。

4.地表防潮堤閘建設(shè)

沿海風(fēng)暴潮往往導(dǎo)致潮水沿河上溯倒灌，加劇近海陸地海水入侵。在濱海河口、海岸等地帶修建河口閘、防潮堤壩和生態(tài)型海岸防護工程等，可從地表阻斷海水入侵通道。山東省萊州市自20世紀70年代開始防潮堤建設(shè)，并于21世紀初對其完成了除險加固，大幅度提升了防潮標準，有效抵御了風(fēng)暴潮侵襲。山東省濰坊市在北部沿海地帶也修建了防潮大堤，使沿海平原區(qū)免遭海潮襲擊，海水入侵受到不同程度的遏制。

5.地下防滲墻建設(shè)

地下防滲墻是在濱海含水層中修建的攔截海水入侵的地下實體壩。在入海河道或咸淡水流通性較好的地點修建防滲墻后，原地層的透水性被大大削弱甚至完全消除，所以防滲墻一方面可以阻止下游海水對上游淡水的入侵，另一方面還可以攔蓄調(diào)節(jié)自上游向下游排泄的地下淡水。根據(jù)材料的不同，地下防滲墻可分為黏土防滲墻、混凝土防滲墻、自凝灰漿防滲墻等；按照施工方法的不同，可以分為高壓噴射防滲墻、射水法防滲墻、開孔造槽回填連續(xù)防滲墻等。

6.淡水帷幕構(gòu)建

淡水帷幕是將地表淡水回灌補給含水層，使得地下淡水水頭高于臨近的咸水水頭，重新建立起由陸地指向海洋的正向水力梯度，在海水入侵的咸淡水前鋒區(qū)形成一條帶狀阻咸帷幕屏障，借助較高的淡水水頭及條帶狀淡水體隔離咸水，防止其持續(xù)向內(nèi)陸運移。淡水帷幕構(gòu)建技術(shù)主要包括補給點范圍選取、補給深度與補給量合理分配等，如何在地下形成連續(xù)持久的淡水體是此項技術(shù)的關(guān)鍵。

7.區(qū)域水源調(diào)配

區(qū)域水源調(diào)配主要通過建設(shè)引調(diào)水工程，向受海水入侵威脅區(qū)域調(diào)配淡水，增加區(qū)域供水能力。萊州市先后建設(shè)了東水西調(diào)工程、小沽河調(diào)水工程，將東南山區(qū)的汛期洪水調(diào)度到缺水的西北濱海平原區(qū)，既減輕了東南山區(qū)防汛壓力，又緩解了平原區(qū)缺水狀況，還減少了濱海地區(qū)地下水開采量，減緩了海水入侵速度。

8.地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控

地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控是防治海水入侵的重要非工程技術(shù)方法，主要包括海水入侵預(yù)測、地表水利工程調(diào)度、地下水開采優(yōu)化調(diào)控等。通過實施地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控，優(yōu)化水庫、閘壩、開采井等工程的調(diào)度運行，合理調(diào)整地下水開采的時空布局，避免集中高強度開采，防止地下水水位負值區(qū)持續(xù)擴展，增強地下水系統(tǒng)調(diào)蓄能力和區(qū)域地表水與地下水資源統(tǒng)一配置調(diào)度能力，實現(xiàn)區(qū)域有限淡水資源的可持續(xù)利用。

黃渤海沿海地區(qū)海水入侵歷史久遠、成因復(fù)雜，加之區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，人類活動影響劇烈，憑借單一技術(shù)方法很難達到良好的防治效果，需要在分析研究黃渤海沿海地區(qū)攔蓄補源、地下水回補、地下防滲墻等現(xiàn)有海水入侵防治技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，將各類技術(shù)方法進行系統(tǒng)整合并加以優(yōu)化，聯(lián)合運用水庫、攔河閘壩、防滲墻、人工回補和控制開采等措施，構(gòu)建工程與非工程措施相結(jié)合、地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度的海水入侵綜合防治技術(shù)方法體系。

四、海水入侵適應(yīng)性管理對策

1.強化水資源剛性約束

在黃渤海沿海地區(qū)全面加強水資源消耗總量和強度雙控，堅持以水而定、量水而行，堅決遏制不合理用水需求，實現(xiàn)用水方式由粗放低效向節(jié)約集約的根本轉(zhuǎn)變。統(tǒng)籌經(jīng)濟社會發(fā)展與海水入侵防治需求，以縣域為單元開展水資源承載能力評價，建立預(yù)警體系，發(fā)布預(yù)警信息，強化水資源承載能力對經(jīng)濟社會發(fā)展的剛性約束。重點推進重大產(chǎn)業(yè)布局和各類開發(fā)區(qū)規(guī)劃水資源論證，嚴格建設(shè)項目水資源論證和取水許可管理，從嚴核定沿海地區(qū)許可水量，對可能引發(fā)或加劇海水入侵的地下水超采區(qū)暫停審批新增取用地下水許可。

2.全面深挖節(jié)水潛力

加快落實《國家節(jié)水行動方案》，全面深挖節(jié)水潛力，逐步減輕黃渤海沿海地區(qū)經(jīng)濟社會對地下淡水資源的依賴程度。從發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)入手，加快節(jié)水改造和高標準節(jié)水灌溉工程建設(shè)，推廣農(nóng)藝節(jié)水措施，提高農(nóng)業(yè)用水效率。合理調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，控制適當?shù)乃堤锉壤?，發(fā)展旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，推廣耐旱、耐鹽作物品種，因地制宜種植海水稻。按照宜林則林、宜草則草、宜藥則藥的原則，發(fā)展雨養(yǎng)生態(tài)農(nóng)業(yè)。推進非常規(guī)水源利用，將再生水、城市雨水、淡化海水等納入水資源統(tǒng)一配置，帶動非農(nóng)領(lǐng)域節(jié)水。加大城市雨水滲、滯、蓄、用、排等收集利用設(shè)施建設(shè)，擴大海水淡化規(guī)模，在沿海電力、化工、石化等行業(yè)鼓勵海水直接利用。

3.嚴格水量水位雙控

合理確定海水入侵威脅區(qū)的地下水開采量和控制水位閾值，在沿海地區(qū)加快推行地下水開采量與水位“雙控”管理。在海水入侵嚴重和發(fā)展較快地區(qū)實行地下水開采分區(qū)分級管控，防止地下水水位負值區(qū)持續(xù)擴展。調(diào)整地下水開采時間，優(yōu)化分散開采井布局，避免集中高強度開采，增強地下水系統(tǒng)自然修復(fù)能力。對于多層承壓含水層分布區(qū)，調(diào)整開采含水層位，有計劃地開采不同層位，控制每個開采含水層的淡水水位或壓力水頭不低于海水水位。嚴格禁采區(qū)、限采區(qū)管理，依法規(guī)范機井建設(shè)管理，排查登記已建機井，對未經(jīng)批準和公共供水管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的自備水井，一律予以關(guān)閉。

4.優(yōu)化調(diào)配淡水水源

建設(shè)引調(diào)水工程，實施區(qū)內(nèi)區(qū)外水源調(diào)度，向海水入侵威脅區(qū)域調(diào)配淡水水源，增強區(qū)域供水能力。合理利用當?shù)氐乇硭醇巴庹{(diào)水置換地下水水源，逐步削減地下水開發(fā)利用程度較高地區(qū)的地下水超采量。例如，青島市實施的引黃濟青工程，對海水入侵區(qū)的供水狀況有很大的改善，收到了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。與此同時，青島市加強水庫、閘壩、開采井等水利工程的聯(lián)合調(diào)度，優(yōu)化工程運行管理。大沽河干、支流上已修建多座梯級閘壩，初步形成了“梯級攔蓄、水面相連、削錯洪峰、截流尾水、徑潛合取、規(guī)范管理”的聯(lián)合調(diào)度模式，提高了汛期雨洪資源的利用水平，在一定程度上緩解了當?shù)厮Y源緊缺形勢。

5.增加地下淡水補給

采用地表攔蓄補源、地下水井回補等工程措施增加地下水補給，抬高淡水水位，以改善海水入侵狀況。結(jié)合入海河流源短流急特點，在濱海地區(qū)河道上合理規(guī)劃建設(shè)攔河閘、攔河壩等攔蓄工程，通過梯級攔蓄方式，在保障河流生態(tài)基流的基礎(chǔ)上，提高河流雨洪水滯蓄能力，增加河流對地下水的下滲補給。綜合考慮地下儲水空間、包氣帶滲透性能、含水層邊界封閉性等條件，結(jié)合地下截滲墻建設(shè)，構(gòu)建地下水庫，實施地下水聯(lián)合補給和優(yōu)化開采，提高地下水人工調(diào)蓄能力。

6.阻斷海水入侵通道

通過修建河口閘、防潮堤、截滲墻等水利工程，從地表或地下物理阻斷海水入侵通道。在河口地帶，修建攔河閘、防潮堤壩以及生態(tài)型海岸防護工程；在濱海含水層中，采用高壓噴射灌漿、靜壓灌漿等方法構(gòu)筑地下截滲墻。例如，青島市在大沽河下游麻灣攔河閘位置，借興建攔河閘時的地下水截流，興建截滲墻；山東省龍口市八里沙河、黃水河等的下游均修建了地下截滲墻，形成地下攔水壩，攔蓄地下潛流，阻止海水向內(nèi)陸入侵。

7.提高地下水監(jiān)控能力

地下水監(jiān)測是地下水管理與保護的重要基礎(chǔ)性工作。黃渤海沿海地區(qū)地下水監(jiān)測站網(wǎng)的布設(shè)，多數(shù)未能滿足《地下水監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 51040—2014）中對海（咸）水入侵區(qū)20～30眼/103km2的布站密度要求，且在監(jiān)測手段和精度方面都亟待提高。應(yīng)優(yōu)化加密地下水監(jiān)測網(wǎng)，完善海水入侵重點區(qū)監(jiān)測站網(wǎng)，構(gòu)建地下水遠程實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，并對大型自備水源取用水戶實施自動監(jiān)控。加強地下水庫和重要水源地的地下水動態(tài)自動監(jiān)測，及時掌握地下水水位、水質(zhì)和開采量變化情況以及人類活動對地下水的影響。 ■