李波　關(guān)琴　林廣奇　張海林　張翼飛

摘要：為研究山東省海岸帶的地下水環(huán)境特征，依據(jù)山東省海岸帶不同類型地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件，從地下水動力場和地下水水化學場兩個方面開展了分析。結(jié)果表明：地下水水位動態(tài)變化與大氣降水呈正相關(guān)關(guān)系，同時還受地形地貌、地下水開采強度等因素制約；地下水水化學特征由中低山丘陵區(qū)向濱海區(qū)呈現(xiàn)分帶性；近40 a來，陰離子HCO-3含量逐漸降低，Cl-含量逐漸升高，陽離子Ca2+、Mg2+含量逐漸降低，Na+含量逐漸升高；水化學動態(tài)特征主要受自然因素和人類活動的影響，受人類活動影響更為明顯。

關(guān) 鍵 詞：地下水環(huán)境； 水位動態(tài)變化； 水化學特征； 海岸帶； 山東省

中圖法分類號： P641.3

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.04.007

0 引 言

海岸帶是人類開發(fā)強度最大的地區(qū)之一，因地域上的重要性及所具有的獨特海陸相互作用環(huán)境特點，使其成為目前全球研究關(guān)注度最高的地理區(qū)帶［1-4］。自20世紀90年代以來，中國在海岸帶地區(qū)開展了大量水工環(huán)地質(zhì)、海洋地質(zhì)、地質(zhì)資源、水土環(huán)境等調(diào)查研究工作［5-10］，如全國海岸帶和灘涂資源調(diào)查、河口與陸架地球化學研究、海洋地質(zhì)保障工程專項計劃及海陸域不同比例尺調(diào)查工作等。開展海岸帶地質(zhì)環(huán)境工作可為海岸帶基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護提供精準服務(wù)。

山東省是海洋大省，全省海岸線全長約3 345 km，占全國海岸線1/6，居全國第二位［11-13］。海岸帶區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)達，在全省經(jīng)濟社會發(fā)展中占有極其重要的地位。隨著經(jīng)濟、工業(yè)化及城鎮(zhèn)水平的加速發(fā)展，各種外界因素加速地下水環(huán)境演變，不同程度的地質(zhì)環(huán)境問題突顯，制約著社會經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展［14-15］。地下水環(huán)境特征可以反映地下水系統(tǒng)在自然因素和人為因素影響下，地質(zhì)環(huán)境在空間內(nèi)質(zhì)與量的變化結(jié)果，而人為因素對地下水環(huán)境的影響更為明顯［16］。目前，對山東省海岸帶地下水水環(huán)境特征研究多數(shù)集中在黃河河口、大沽河河口等個別重要河口地帶，缺少區(qū)域整體研究。本文基于多年來在山東省海岸帶開展的地下水監(jiān)測工作，分析區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及地下水水化學、水位數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納海岸帶地下水環(huán)境特征，可為海岸帶地區(qū)規(guī)劃建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護、修復提供重要地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

研究區(qū)范圍自海岸線向陸域及海域各延伸20 km，總面積約46 290 km2，其中，陸域面積約22 440 km2，海域面積約23 850 km2，涉及濱州市、東營市、濰坊市、煙臺市、威海市、青島市、日照市等7個城市。極值地理坐標為東經(jīng)117°34′28″～122°53′55″，北緯34°58′32″～38°22′07″。

研究區(qū)地處暖溫帶季風型大陸性氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，多年平均氣溫11.1～14.5 ℃，1月最冷，最低氣溫－23.3 ℃，7月最熱，最高氣溫達41.9 ℃。區(qū)內(nèi)各地市降水量分配不均，2020年沿海7城市平均降水量539.4 mm，其中東營、濱州、日照、濰坊四市降水量較高，威海、煙臺、青島三市降水量較低。

區(qū)內(nèi)河流主要有黃河、馬頰河、徒駭河、小清河、彌河、白浪河、濰河、大沽河、五龍河、母豬河、大沽夾河、黃水河、沁水河、膠萊河等。自然河流大多發(fā)源于丘陵山區(qū)，流入大海，大部分河流屬間歇雨源型河流。

1.2 水文地質(zhì)條件

1.2.1 含水巖組分布特征

根據(jù)含水層巖性及地下水賦存條件不同，區(qū)內(nèi)含水巖組可劃分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙-裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙-巖溶含水巖組、巖漿巖類裂隙含水巖組和變質(zhì)巖類裂隙含水巖組5種類型（見圖1）。

松散巖類孔隙含水巖組分布于魯西北平原及魯東低山丘陵的山間河谷等地；由山前到平原到濱海，含水層結(jié)構(gòu)由簡單到復雜，變化規(guī)律明顯［17］。

碎屑巖類孔隙-裂隙含水巖組出露于膠萊盆地東南沿海地區(qū)，

含水層巖性為古近系、白堊系、侏羅系及二疊系砂巖、頁巖、礫巖，裂隙不發(fā)育，弱富水，單井出水量一般小于100 m3/d。碳酸鹽巖類裂隙-巖溶含水巖組主要分布在煙臺萊州虎頭崖鎮(zhèn)、蓬萊潮水鎮(zhèn)、福山八角地區(qū)及萊山區(qū)等地，含水層巖性為元古界粉子山群白云大理巖，巖溶裂隙發(fā)育不均，富水性差異較大。巖漿巖類裂隙含水巖組多分布于膠東半島丘陵山區(qū)，含水層巖性以中生代花崗巖、正長巖、閃長巖為主；地下水賦存于構(gòu)造裂隙和風化裂隙之中，弱富水性。變質(zhì)巖類裂隙含水巖組廣布于魯東丘陵山區(qū)，受巖性、地貌、構(gòu)造等因素控制，地下水賦存在膠東群變粒巖、斜長角閃巖、片巖風化裂隙、構(gòu)造裂隙中，主要以潛水形式存在［18-19］。

1.2.2 地下水補給、徑流、排泄條件

依據(jù)水文地質(zhì)條件及地下水運動規(guī)律，結(jié)合地形地貌等因素，研究區(qū)可分為魯西北平原區(qū)和魯東低山丘陵區(qū)［20］。大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水主要補給來源，其次為河流側(cè)滲、灌溉回滲補給，沿海地區(qū)還可接受潮汐海水補給。在魯西北平原區(qū)，因地形平坦，水力坡度小，地下水徑流滯緩，整體向北東沿海方向徑流；在魯東、南部低山丘陵區(qū)，受地形起伏變化影響，地下水徑流與地形坡向大體一致，向地勢低處徑流。區(qū)內(nèi)地下水排泄方式主要為人工開采與蒸發(fā)，山間溝谷地帶可見泉排泄。

1.3 樣品采集與分析

本次地下水水化學分析數(shù)據(jù)來自山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局對研究區(qū)內(nèi)不同類型地下水多年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果（1980～2020年）。水樣嚴格根據(jù)GB 12998-1991《水樣采樣技術(shù)指導》進行采集、保存和運送。樣品測試由具有檢測資質(zhì)的山東省地礦工程勘察院實驗室完成，主檢儀器有原子吸收分光光度計（TAS-990）、原子熒光光度計（PF51）、紫外可見分光光度計（TU-1810），主檢依據(jù)包括DZ/T 0064-93，GB/T 5750-2006，GB 8538-2016。選取處于地下水補給、徑流、排泄區(qū)域的8處典型監(jiān)測點數(shù)據(jù)進行分析。

2 地下水環(huán)境特征分析

地下水環(huán)境特征主要包括地下水動力條件和地下水水化學條件兩個方面，兩者相互影響、相互體現(xiàn)［21-22］。本文結(jié)合山東省海岸帶各地市監(jiān)測點近40 a來水位、水質(zhì)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別進行闡述分析（由于1980～1990年的部分數(shù)據(jù)缺失，后續(xù)分析中部分指標在這10 a的數(shù)據(jù)不全）。

2.1 地下水動力條件特征分析

地下水水位是直接表征地下水動力條件的重要參數(shù)，主要受氣象、水文、人類活動等多因素影響［23］。區(qū)內(nèi)不同類型地下水受不同因素制約，水位動態(tài)變化也不盡相同。

（1） 松散巖類孔隙水。

在魯西北平原區(qū)，濱州、東營北部為渤海海岸帶。區(qū)內(nèi)主要為淺層咸水區(qū)，地下水開發(fā)利用程度較低，地下水動態(tài)呈現(xiàn)降水-蒸發(fā)型，多年水位動態(tài)穩(wěn)定，整體變幅在0～2 m（見圖2）。在魯東丘陵區(qū)，孔隙水為重要供水地下水類型，地下水位受開采量影響明顯。在河流中上游山間河谷段，孔隙水處于動態(tài)平衡狀態(tài)，水位埋深在3～5 m，水位與大氣降水關(guān)系緊密，豐水期水位迅速回升，枯水期水位回落；在河流下游及濱海區(qū)，孔隙水受降水、開采強度雙重制約，具有降水滲入-開采徑流型特點，水位有緩慢下降的發(fā)展趨勢（見圖3）。

（2）裂隙水。

裂隙水為魯東地區(qū)分布面積最廣地下水，主要包括巖漿巖裂隙水、變質(zhì)巖裂隙水，賦存于基巖風化裂隙、構(gòu)造裂隙之中。受含水介質(zhì)自身性質(zhì)制約，地下水水位動態(tài)演化趨勢主要受控于大氣降水。由于地形、地貌及地質(zhì)條件的不同，不同地區(qū)裂隙水水位多年動態(tài)變化有一定區(qū)別。

在中、低山丘陵區(qū)，因地形相對較高，近地表風化裂隙充填較差，透水性好，且地下水水力坡度較大，含水層能迅速接受大氣降水補給。多年水位動態(tài)出現(xiàn)周期性升降，其變化幅度與降水量大小密切相關(guān)，水位變幅在2.0～3.5 m，水位變化曲線為陡升陡降型（見圖4）。

在山前地帶，地形相對較低，地下水水力坡度小，含水層透水性及徑流條件差，地下水補給主要來源于大氣降水入滲，較中低山地區(qū)呈現(xiàn)一定的滯后性。地下水水位變幅在2～3 m，受開采程度影響較小，水位變化曲線為緩升緩降型（見圖5）。

（3）巖溶裂隙水。

巖溶裂隙水在魯東地區(qū)分布具有不均勻性，一般呈塊狀分布。巖溶裂隙水接受大氣降水、上游邊緣地下水徑流及地表水的補給，水位動態(tài)變化對降水量反應(yīng)較為敏感，與降水量呈正向相關(guān)關(guān)系，受開發(fā)利用影響較?。ㄒ妶D6）。

2.2 地下水水化學特征分析

地下水的化學成分與濃度是在長期地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，經(jīng)溶濾、陰陽離子交替-吸附和蒸發(fā)濃縮等作用的結(jié)果［24-26］。在天然條件下，地下水化學組分按一定規(guī)律分布形成天然水化學場。人為的干擾會增加某些新的化學組分，原有組分及含量被打破，地下水地球化學環(huán)境發(fā)生變化［27］。

2.2.1 地下水水化學特征

（1） 松散巖類孔隙水。

在魯西北平原海岸帶一線，主要為淺層咸水區(qū)。水化學類型多為Cl型水，礦化度大于3 000 mg/L，總硬度跨越性也較大，都在650 mg/L以上。在魯東海岸帶地區(qū)，孔隙水以陸相溶濾水為主，近海洼地及河口地帶為海相、海陸交互相沉積水；以煙臺市孔隙水為例，水化學特征多年變化穩(wěn)定，陰離子以HCO3型、HCO3·Cl型為主，陽離子以Ca2+、Na+為主（見圖7）。另外，依據(jù)取樣點位置不同，水化學還表現(xiàn)出水平分帶性，從低山丘陵到濱海平原依次為HCO3-Ca·Mg型水、HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg·Na型水、Cl·HCO3-Ca·Na型水、Cl-Na型水。

（2）裂隙水。

裂隙水水化學類型較多，可分為HCO3型、HCO3·Cl型、Cl·HCO3型、Cl型與SO4型水。HCO3、HCO3·Cl型水約占監(jiān)測點總數(shù)的85%，主要分布在中低山丘陵區(qū)及河谷地帶，水化學以溶濾作用為主；在濱海地帶及河流中下游，地形趨于平緩，徑流速度變慢，水循環(huán)條件變差，水化學以濃縮作用為主，水化學類型主要為Cl型、SO4型。裂隙水陽離子以Ca2+、Na+為主。

（3） 巖溶裂隙水。

水化學類型一般為HCO3-Ca（Mg）型水，溶解性總固體多小于0.5 g/L，總硬度一般在250～400 mg/L。棲霞中橋、福山高疃西及張格莊碳酸鹽巖發(fā)育地區(qū)，是本區(qū)巖溶裂隙水的主要分布地區(qū)，HCO3-、Ca2+、Mg2+來自于母巖成份的溶濾。

2.2.2 地下水水化學演化分析

（1） 松散巖類孔隙水。

在魯西北平原區(qū)，孔隙水主要為咸水，地下水開采程度低。從圖8可以看出，礦化度年際變化幅度較大，總體變化趨勢為上升，其他離子變化幅度較小，總體保持動態(tài)穩(wěn)定。2019年與監(jiān)測初始年（1989年）數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，礦化度升高了2 358.69 mg/L，個別年份（2004年、2005年）礦化度達到了5 000 mg/L以上，為多年平均值（2 450 mg/L）的2.4倍；總硬度、氯離子和硫酸根離子含量變化幅度不大，總硬度多年平均值為844.3 mg/L，個別年份達到了2 000 mg/L，氯離子和硫酸根離子含量多年平均值分別為678.9 mg/L和516.3 mg/L，個別年份均超過1 300 mg/L。

在魯東地區(qū)，孔隙水為重要地下水資源，水化學動態(tài)同時受氣象和人為因素綜合影響。在山間河谷徑流區(qū)，人類活動活躍，地下水開發(fā)利用程度高。從圖9可以看出，各主要離子成份含量基本上保持上升趨勢。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2011～2019年主要陰離子成份中，Cl-含量為1994年的2.13～2.18倍，SO2-4含量為1994年的3.86～4.00倍，NO-3含量為1994年的18.33～18.64倍，HCO-3含量為1994年的1.28～1.33倍；主要陽離子成分含量升高2倍左右，溶解性總固體和總硬度升高2倍。

在濱海平原排泄區(qū)及河流中下游地區(qū)，各主要離子組分含量表現(xiàn)出動態(tài)平衡狀態(tài)（見圖10）。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2011～2019年主要陰離子成分中Cl-含量為1985年的1.91～2.68倍，SO2-4含量為1995年的0.43～1.17倍，NO-3含量為1995年的2.18～3.79倍，HCO-3含量為1985年的0.93～1.18倍；主要陽離子成分含量升高1.5倍左右，溶解性總固體和總硬度升高1.5倍。

從徑流區(qū)到排泄區(qū)離子含量濃度升高可以看出，孔隙水受人類活動影響明顯，其主要原因為區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展導致農(nóng)藥、化肥施用量增加，致使地下水化學動態(tài)發(fā)生上述變化。

（2）裂隙水。

裂隙水徑流與排泄條件較好，是區(qū)內(nèi)孔隙水補給來源之一。水化學動態(tài)受控于基巖巖性、氣象、水文、地形及人為因素。1984～2019年，水中各主要組份含量基本穩(wěn)定（見圖11）。除Cl-和溶解性總固體含量略有下降外，其余組份均有不同程度上升，各種離子含量多年變幅一般小于50 mg/L，地下水礦化度多年變幅小于0.2 g/L，升幅一般不超過20%。但SO2-4、NO-3升幅較大，分別達2.28倍、2.63倍，表明人為污染在裂隙水分布區(qū)有所加重。

（3）巖溶裂隙水。

巖溶裂隙水水化學動態(tài)主要受氣象和人為兩方面因素控制。自1986年至2019年，水中各主要離子組分含量呈上升趨勢，但以SO2-4、NO-3升幅最為顯著（見圖12）。SO2-4和NO-3含量分別上升2.56倍和5.94倍。巖溶裂隙水水化學動態(tài)隨降水量變化而呈現(xiàn)規(guī)律波動，豐水期各特征組分含量降低，枯水期升高，近5 a來水中各離子含量與1987年相比呈現(xiàn)上升趨勢，水質(zhì)變差，受人為污染影響加重。

3 討論與分析

海洋經(jīng)濟是山東省社會經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，近20 a來，山東省海洋經(jīng)濟迅猛發(fā)展，2019年全省海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占全省地區(qū)生產(chǎn)總值的20%。隨著海岸帶社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，地下水環(huán)境已出現(xiàn)不同程度演變，產(chǎn)生了海水入侵、地下水超采漏斗、水質(zhì)污染等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。山東省在20世紀80年代已開始了地下水長期監(jiān)測工作，取得了一系列長期水位、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。為分析研究山東省海岸帶地下水環(huán)境特征情況，本文選取海岸帶內(nèi)典型監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析研究。

通過水位、水質(zhì)多年變化曲線可以看出，在人類活動強烈區(qū)域及地下水排泄區(qū)，地下水水位普遍出現(xiàn)不同程度下降，其主要影響因子為人類開采，不同類型地下水受大氣降水補給影響略有差異；地下水各離子組分出現(xiàn)不同程度上升，特別是硝酸鹽、硫酸根離子上升明顯。在地下水補給區(qū)、徑流區(qū)，受地形地勢、徑流條件、人類活動弱等因素影響，地下水環(huán)境變化相對較弱，總體呈現(xiàn)原生狀態(tài)，水位、離子含量也較為穩(wěn)定。

綜上所述，山東省海岸帶地下水環(huán)境隨著社會經(jīng)濟發(fā)展已不同程度變差，產(chǎn)生了一系列環(huán)境地質(zhì)問題。為了海岸帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量發(fā)展，必須對地下水開采進行合理規(guī)劃、加大地下水環(huán)境保護力度，確保社會經(jīng)濟與地下水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

（1） 山東省海岸帶地下水水位動態(tài)變化主要受大氣降水、地形地貌、人類開采等因素影響。在魯西北平原區(qū)，淺層孔隙水為咸水，地下水開發(fā)利用程度低，地下水呈降水-蒸發(fā)型，多年水位動態(tài)穩(wěn)定。在魯東地區(qū)，孔隙水呈降水滲入-開采徑流型，人工開采致使水位下降作用表現(xiàn)突出，水位有緩慢下降的趨勢；裂隙水在中低山丘陵區(qū)呈陡升陡降型的水位動態(tài)變化，而在山前地區(qū)呈現(xiàn)緩升緩降型變化，水位與降水相比呈一定滯后性；巖溶裂隙水對降水反應(yīng)敏感，呈正相關(guān)關(guān)系。

（2） 在地下水水化學特征方面，不同類型地下水水化學特征略有差異?？紫端隰斘鞯貐^(qū)多為Cl型水，水化學動態(tài)變化基本穩(wěn)定，在魯東地區(qū)，呈現(xiàn)出分帶性，水化學類型從低山丘陵區(qū)到濱海平原區(qū)依次為HCO3-Ca·Mg型水、HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg·Na型水、Cl·HCO3-Ca·Na型水、Cl-Na型水。陰離子中HCO3-含量逐漸降低，Cl-含量逐漸升高；陽離子中Ca2+、Mg2+含量逐漸降低，Na+的含量逐漸升高；總硬度、溶解性總固體也逐漸增高。巖溶水和裂隙水水化學類型以HCO3-Ca（Mg）、HCO3·Cl-Ca·Mg（Na）水為主，受自然因素和人類活動影響，各主要離子組份含量呈上升趨勢，但以SO42-、NO3-升幅最為顯著。

（3） 綜合對近40 a來海岸帶水位、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)狀綜合因素作用下，山東省海岸帶地下水環(huán)境受人類活動影響較為明顯，特別是在集中水源開采區(qū)及工農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)，地下水水位緩慢下降減少、水質(zhì)呈現(xiàn)變差趨勢。在今后地下水開采利用時，應(yīng)加大地下水環(huán)境保護力度，合理規(guī)劃地下水開采量；控制農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥、工業(yè)污水排放，樹立保護水資源和防治水污染觀念。

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（編輯：劉 媛）

Study on dynamic evolution characteristics of groundwater environment in coastal zone of Shandong Province

LI Bo1，2，GUAN Qin1，2，LIN Guangqi1，2，ZHANG Hailin1，2，ZHANG Yifei1，2

（1.801 Institute of Hydrogeology and Engineering Geology，Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources，Jinan 250014，China； 2.Shandong Engineering Research Center of Environmental Protection and Remediation on Groundwater，Jinan 250014，China）

Abstract：

In order to study the characteristics of groundwater environment in the coastal zone of Shandong Province，its groundwater dynamic field and hydrochemical field were analyzed based on monitoring data of different types of groundwater and combined with regional hydrogeological conditions.The results showed that the dynamic changes of groundwater level had obviously positive correlation with atmospheric precipitation，and it was also restricted by factors such as topography，groundwater exploitation intensity，etc.The hydrochemical characteristics of groundwater showed zonation from hilly region to the coastal area.In the past 40 years，the content of anion HCO-3 showed gradually decreasing tendency and the content of Cl- showed gradually increasing tendency；the content of cation Ca2+and Mg2+ showed gradually decreasing tendency，and the content of Na+gradually increasing tendency.The dynamic hydrochemical characteristics were mainly influenced by natural factors and human activities，with human influence being more significant.

Key words： groundwater environment；water level dynamics change；hydrochemical characteristics；coastal zone；Shandong Province

收稿日期：2022-02-18

基金項目：山東省地礦局2020年地質(zhì)勘查和科技創(chuàng)新項目（202003，202014）

作者簡介：李 波，男，高級工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面的工作。E-mail：710445277@qq.com

通信作者：張海林，女，正高級工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面的工作。E-mail：63610572@qq.com