王 爽，劉 丹，田嬋娟

（1.山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

1 彌河下游咸水入侵成因

水動(dòng)力條件和水文地質(zhì)條件是咸水入侵形成必須具備的條件，因此彌河下游地區(qū)的咸水入侵成因可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行探究。

1.1 彌河下游咸水入侵具備的水文地質(zhì)條件

1）彌河下游第四紀(jì)沉積環(huán)境變化。彌河下游地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)主要是第四系地層，十萬(wàn)年來(lái)該地區(qū)沉積環(huán)境變化巨大。第四紀(jì)晚更新世早期，距今11～7 萬(wàn)年間，本區(qū)地下深度為43.5～60 m處出現(xiàn)了第一次海相地層；距今7～4.6 萬(wàn)年，地下35～43.5 m 處出現(xiàn)了陸相地層，此現(xiàn)象表明了海水的消退過(guò)程。在晚更新世中期，距今4.6～2.1 萬(wàn)年間，在深度23～35 m 處出現(xiàn)了第二次海相地層；在距今2.1～1.1 萬(wàn)年，在深度11～23 m 處出現(xiàn)了陸相地層。到最近的全新世時(shí)期，距今1.1～0.6 萬(wàn)年，深度8～11 m 處出現(xiàn)了本地區(qū)的第三次海相地層；距今0.6 萬(wàn)年以來(lái)，出現(xiàn)了現(xiàn)代濱海相沉積，深度在8 m 以上[1]。

10 萬(wàn)年來(lái)海陸相沉積環(huán)境的變化，與彌河下游地區(qū)所在的渤海萊州灣一帶發(fā)生過(guò)的典型的三次海侵海退時(shí)間相對(duì)應(yīng)，分別為第一次滄州海侵、第二次獻(xiàn)縣海侵和第三次黃驊海侵[2]。

2）鹵、咸水的形成。彌河下游地區(qū)發(fā)生咸水入侵的物質(zhì)來(lái)源是北部地下賦存的第四紀(jì)時(shí)期形成的巨厚的鹵、咸水體，咸水和鹵水都起源于古海水。古海水演化形成為地下鹵水需經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程。首先地下鹵咸水的形成需要充足的鹽分補(bǔ)給，包括漲潮時(shí)海水進(jìn)行水平補(bǔ)給及海水淹沒(méi)時(shí)自上而下的滲入補(bǔ)給。這是鹽分補(bǔ)給的過(guò)程，主要形成了初期鹵水。第二個(gè)過(guò)程是鹽分積聚過(guò)程。陸相沉積層將賦存著古海水的海相沉積層覆蓋，鹵水層得以掩埋，形成良好的封閉環(huán)境。這是一次海侵形成第一次海相地層的過(guò)程。因此一次海相地層的形成包括海水入侵—鹽分補(bǔ)給—鹽分積聚—蒸發(fā)濃縮—形成鹵水—鹵水下滲—掩埋覆蓋等一系列過(guò)程[3-4]。每過(guò)一段時(shí)間，經(jīng)歷一次海侵，地層被帶來(lái)的海水覆蓋，鹵水的形成過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。每一次海侵海退過(guò)程都會(huì)形成一層新的鹵咸水體，所以彌河下游地區(qū)形成的三層鹵咸水體與晚更新世至全新世時(shí)期的三次海侵過(guò)程相對(duì)應(yīng)。

3）含水層空間結(jié)構(gòu)模擬。咸水入侵的特點(diǎn)是面積廣泛且入侵層位復(fù)雜。通過(guò)建立表現(xiàn)含水層空間分布的地質(zhì)實(shí)體模型，有助于正確認(rèn)識(shí)和表達(dá)彌河下游地區(qū)的水文地質(zhì)條件，從而明確咸水入侵的成因[5]。本文利用GMS 軟件中的solid、map和GIS 模塊，建立彌河下游地區(qū)地質(zhì)實(shí)體模型，揭示含水層空間結(jié)構(gòu)，查明咸水入侵層位及入侵通道。

經(jīng)過(guò)野外鉆探工作、資料收集與整理、鉆孔數(shù)據(jù)分析、水文地質(zhì)條件概化階段，最終建立起水文地質(zhì)實(shí)體模型，如圖1 所示。具有相同巖性代號(hào)的地層形成相連續(xù)的曲面，在60 m 深度內(nèi)所有鉆孔揭示的地層均有7 層，且砂層的連續(xù)性好。

圖1 含水層空間結(jié)構(gòu)可視化模型圖

彌河古河道含水砂層在空間上水平連續(xù)分布，加上含水層在海底方向上延伸狀況良好，古河道砂層與北部咸水的埋藏層位有直接水力聯(lián)系，即潛水含水層、微承壓含水層、承壓含水層分別對(duì)應(yīng)歷史上3 次海侵的古海水掩埋覆蓋所成的海相層。因此咸水易于發(fā)生層狀入侵，以及多層含水層的舌狀入侵；根據(jù)打設(shè)的多層位監(jiān)測(cè)井的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，北部咸水主要入侵上部的含水層，即第I 潛水含水層及部分第II 微承壓含水層，第III 深層承壓含水層之所以受到侵染是因?yàn)檠芯繀^(qū)打井?dāng)?shù)量太多，當(dāng)開(kāi)采井開(kāi)采深層淡水時(shí)，抽水過(guò)量或井壁封閉不好，深層咸水通過(guò)井孔補(bǔ)給上、下層古河道帶發(fā)生的串層污染，即越流入侵。

自晚更新世以來(lái)，在沉積作用下，眾多河流中的多層砂及砂礫石層形成了彌河古河道，古河道能夠?yàn)榈叵碌a(bǔ)給并且貯存地下淡水，在咸水入侵時(shí)又自然成為咸水推進(jìn)的通道。北部埋藏著的咸水在越過(guò)咸淡水界面侵染淡水含水層時(shí)，由于良好的通道，能夠形成水平連續(xù)的入侵面，使得咸水順著砂層全面推進(jìn)。同時(shí)，咸水體對(duì)其上、下的含水層也存在垂向入侵，研究區(qū)內(nèi)存在很多已報(bào)廢的水井等，這些是人為作用下所形成的的咸水入侵通道；此外淡水開(kāi)采后水頭降低，咸水體在高水頭作用下越過(guò)含水層或農(nóng)灌用井入侵到淡水層中，在徑流作用下運(yùn)移擴(kuò)散，形成對(duì)上、下淡水層的入侵。咸水推進(jìn)的速度也不相一致，取決于用水情況和古河道的形態(tài)特征。水資源消耗過(guò)大，古河道寬的區(qū)域入侵較快，狹窄的現(xiàn)代河床附近的入侵則慢一些。

由此可得結(jié)論，不同地質(zhì)年代分層疊置的北部咸水體是咸水入侵的物質(zhì)來(lái)源，具備一定透水性能的第四系沉積砂層溝通北部咸水與淡水，使本區(qū)具備了發(fā)生咸水入侵的水文地質(zhì)條件。

1.2 彌河下游咸水入侵發(fā)生的水動(dòng)力條件

自然及人為因素的雙重影響，地下水位下降、南北水頭差形成由于氣候干旱和地下水超采引起，這是咸水入侵的水動(dòng)力因素[6]。氣候變化是本區(qū)發(fā)生咸水入侵的主導(dǎo)因素，降水偏少，蒸發(fā)量大，較為干旱的氣候環(huán)境導(dǎo)致本區(qū)地表水資源短缺，彌河徑流量小，加上彌河上游一座大型水庫(kù)——冶源水庫(kù)對(duì)地表水的攔蓄作用，區(qū)內(nèi)地表水體與地下水之間的補(bǔ)徑排關(guān)系已經(jīng)十分微弱，地下水得不到充沛補(bǔ)給。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)生活之需，人類大量開(kāi)采南部地下淡水，導(dǎo)致淡水位持續(xù)下降，大范圍的降落漏斗形成并逐漸演變擴(kuò)大。咸淡水之間的水動(dòng)力平衡被破壞，北部咸水水頭壓力大于淡水水頭，改變了地下水自南向北的自然徑流狀態(tài)，使得北部咸水向南部淡水區(qū)入侵。地下水漏斗區(qū)形成后慢慢擴(kuò)大，由于淺層已取不到水，水井往往打得更深且布局混亂，隔水層受到破壞，咸水因而趨向更深層含水層入侵。

2 咸水入侵的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)咸水入侵發(fā)展演化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，有助于了解入侵動(dòng)態(tài)情況，對(duì)當(dāng)?shù)匚磥?lái)地下水的合理開(kāi)發(fā)利用和水資源保護(hù)具有重要意義。這需要明確彌河下游地下水的開(kāi)采和補(bǔ)給兩方面因素[7]。壽光市歷年地下水開(kāi)采量見(jiàn)表1。由表1 可知，地下水開(kāi)采量逐年減少。

表1 壽光市地下水歷年開(kāi)采量 萬(wàn)m3·a-1

本區(qū)地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為降水入滲補(bǔ)給，近年來(lái)本區(qū)降水充沛，2018 年和2019 年兩次較大洪水使地下水位有所回升。根據(jù)2016 年在壽光市田柳鎮(zhèn)打設(shè)的多層位觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)顯示，目前淺層地下水水質(zhì)已變淡，可以推測(cè)地下水補(bǔ)給與開(kāi)發(fā)利用處于暫時(shí)相對(duì)平衡狀態(tài)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)明確，淄博—濰坊漏斗區(qū)面積正逐年減小，不同時(shí)間段漏斗區(qū)面積見(jiàn)表2。

表2 不同時(shí)期淄博—濰坊漏斗區(qū)面積km2

可推測(cè)近幾年彌河下游咸水入侵沒(méi)有明顯加重趨勢(shì)，逐漸趨于平緩。

3 結(jié)語(yǔ)

彌河下游北部地區(qū)地下賦存的咸（鹵）水體，為本區(qū)咸水入侵提供了物質(zhì)來(lái)源。眾多河流中的多層砂及砂礫石層形成了彌河古河道，古河道能夠?yàn)榈叵碌a(bǔ)給并且貯存地下淡水，在咸水入侵時(shí)又自然成為咸水推進(jìn)的通道。氣候干旱、彌河徑流補(bǔ)給不足和地下水超采導(dǎo)致的水位下降是咸水入侵發(fā)生的水動(dòng)力條件，地下水漏斗的形成造成北部咸水與南部淡水的水頭差高達(dá)35 m左右，驅(qū)動(dòng)咸水侵染地下淡水。彌河下游成為嚴(yán)重的咸水入侵區(qū)，因其具備特殊的地理位置和自然背景，雖然近幾年入侵趨勢(shì)平緩，但緩解災(zāi)害仍尤為緊迫，必須在嚴(yán)格控制地下水開(kāi)采的情況下積極采取工程措施、管理措施和進(jìn)行生態(tài)防治。