環(huán)境地質(zhì)學(xué)分論-海岸帶地質(zhì)環(huán)境問題(海水入侵)

環(huán)境地質(zhì)學(xué)主講教師：曾斌分論——假設(shè)干地質(zhì)環(huán)境問題的論述EnvironmentalGeology引言——海岸帶地質(zhì)環(huán)境問題2廣義的海岸帶包括從沿海低地到陸架坡折帶的廣闊地域，是水圈、巖石圈、生物圈和大氣圈相互作用的交匯地帶，也是人類經(jīng)濟活動最活潑、人為環(huán)境影響最嚴重的地區(qū)。1、概述3砂質(zhì)海岸帶的范圍1、概述41、概述北緯30°以南，化學(xué)風化強烈，風化產(chǎn)物中粘土含量高，高價鐵多于低價鐵，普遍發(fā)育紅壤；北緯30°往北，化學(xué)風化顯著減弱，紅壤亦為棕壤和黑壤所取代。實踐證明，氣候和植被同地形一樣，也是影響沉積物的性質(zhì)、輸運方式和擴散途徑的重要因素。因此，中國海岸帶的特征與演變存在著顯著的南北差異。中國大陸東西地形差異和南北氣候分帶，是控制中國海岸帶發(fā)育的宏觀地質(zhì)背景，也是影響中國海岸帶穩(wěn)定性的主要因素。中國大陸復(fù)雜的地球化學(xué)過程52、中國海岸帶的主要類型按照板塊構(gòu)造理論，我國的海岸帶可以分為板塊前緣碰撞海岸帶和陸緣海海岸帶?！?〕臺灣島東側(cè)的海岸帶屬于板塊前緣碰撞海岸帶，發(fā)育有陡峭的斷層崖，幾乎沒有陸架，海岸帶直接與深海溝相鄰?！?〕我國其它海岸屬于陸緣海海岸帶，有寬廣的陸架，除局部斷層海岸外，岸坡平緩，大河三角洲發(fā)育。62、中國海岸帶的主要類型根據(jù)第四紀以來內(nèi)動力作用的特點，我國的陸緣海海岸帶又可分為沉降海岸帶、穩(wěn)定-上升海岸帶和火山海岸帶。我國主要河流的入?？诖蠖嘣诔两岛０稁У姆秶鷥?nèi)，發(fā)育了巨大的三角洲體系。由北向南我國的沉降海岸帶為：下遼河平原、渤海灣的西岸、黃河三角洲、萊州灣、蘇北、長江三角洲、珠江三角洲、北部灣的北岸及海南島北部。73、海岸帶的資源漁業(yè)資源礦產(chǎn)資源景觀資源濕地資源海洋產(chǎn)業(yè)

8海岸帶的物質(zhì)平衡是建立在海陸相互作用的根底上的。海陸任何一方的重大改變都會引起一系列的連鎖反響，并最終導(dǎo)致物質(zhì)平衡的破壞，其表現(xiàn)形式就是海岸的異常進積和蝕退。自20世紀70年代以來，由于降水量的減少，水利工程的建設(shè)，工農(nóng)業(yè)用水的增加，流域植被的破壞、河床采沙等人類活動因素的影響，主要河流入海水量和輸沙量都有不同程度的減少，其結(jié)果是我國的沙泥質(zhì)海岸普遍出現(xiàn)了侵蝕后退的現(xiàn)象。4、中國海岸帶的物質(zhì)平衡河流從陸地上帶來的泥沙是海岸帶物質(zhì)的主要來源

9我國主要河流年平均入海輸沙量為202374.84萬噸或467噸/平方公里·年，正是這一泥沙量維持著我國海岸帶的穩(wěn)定和平衡.我國在西部實施了一系列大型的工程工程，如三峽樞紐工程、黃河上游水庫建設(shè)、西部大面積退耕還林等。這些工程工程都有一個共同效果，就是改變由西向東的泥沙輸運過程，減少河流入海的泥沙量，從而打破現(xiàn)有的海岸帶物質(zhì)平衡。4、中國海岸帶的物質(zhì)平衡10海岸生態(tài)環(huán)境破壞灘涂濕地破壞嚴重，圍墾、養(yǎng)殖蝦蟹、工程影響…紅樹林的生存狀況令人擔憂。物種消失、護岸作用減弱、海岸侵蝕…海岸帶的珊瑚礁生存現(xiàn)狀亦岌岌可危。海底沉積物污染問題日益受到關(guān)注5、中國海岸帶地質(zhì)災(zāi)害的主要類型11海岸侵蝕、港灣河口淤積、海平面上升、沿岸土地鹽漬化、海水入侵、沿海地面沉降等。中國海岸帶生態(tài)地質(zhì)環(huán)境具有“與生俱來〞的脆弱性，海平面稍有上升，地質(zhì)災(zāi)害大幅度增強。據(jù)預(yù)測，2050年，海岸上升引起的淹沒損失及護岸費用可能到達881.4~1504.7億。我國入海大河中上游興建的大型工程，加劇了海岸帶地質(zhì)災(zāi)害。人類對海岸帶的不合理開發(fā)，造成海岸帶地質(zhì)環(huán)境進一步惡化，河口、港灣淤積，影響航運生產(chǎn)。2001年災(zāi)害直接經(jīng)濟損失100億元，是1980年的20倍。5、中國海岸帶地質(zhì)災(zāi)害的主要類型12第一階段：開展長江三角洲經(jīng)濟區(qū)、珠江三角洲經(jīng)濟區(qū)和環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)海岸帶調(diào)查工作和評價工作，初步建立我國海岸帶環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和海岸帶災(zāi)害評價系統(tǒng)。第二階段：開展海南-廣西的生物海岸和廈漳泉經(jīng)濟區(qū)的港灣-基巖質(zhì)海岸帶的環(huán)境地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)災(zāi)害評價工作，同時，完善數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)。階段目標任務(wù)5、中國海岸帶地質(zhì)災(zāi)害的主要類型13課題２海洋災(zāi)害課題３地下水－砂礦資源調(diào)查課題４信息技術(shù)研究課題１生態(tài)地質(zhì)環(huán)境主要工作航空激光測繪多波束測量衛(wèi)星遙感及航空攝影5、中國海岸帶地質(zhì)災(zāi)害的主要類型14一、海水入侵的概念二、中國海水入侵現(xiàn)象的開展現(xiàn)狀三、海水入侵的原因四、海水入侵的形成機制五、海水入侵的調(diào)查評價六、海水入侵的防治主要內(nèi)容15第一節(jié)海水入侵的概念根本概念由于自然和人為原因，沿海地區(qū)地下水水動力條件發(fā)生變化，使含水層中的淡水與海水的平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致海水或與海水有直接動力聯(lián)系的高礦化地下咸水沿含水層或?qū)畼?gòu)造向陸方向擴侵，使地下淡水資源遭到破壞的危害?！刭|(zhì)災(zāi)害分類分級(試行〕DZ0238-2004海水入侵是指沿海地區(qū)，由于海平面上升或陸地人為采水，陸地地下水位相對降低而引起海水沿含水層向陸地方向潛入的現(xiàn)象和過程。16概念海水入侵海侵圖7-1海水入侵與海侵的不同海水入侵：強調(diào)含水層的變化海侵：海水沿陸地外表的擴張時間尺度相對較小地質(zhì)演化的時間尺度大區(qū)域范圍有限區(qū)域范圍廣闊海侵〔海進〕：由于海面上升或陸地下降造成海水面積擴大，陸地面積縮小，海岸線向陸地方向推進的地質(zhì)現(xiàn)象。第一節(jié)海水入侵的概念17第一節(jié)海水入侵的概念海水入侵與地質(zhì)學(xué)中所講的“海侵〞是兩個不同的概念。與海水入侵不同的是，海侵發(fā)生的時空尺度要大得多，往往發(fā)生在一個廣闊的區(qū)域上，一般認為，海侵面就是一個不整合面，也是一個典型的穿時面。海侵的過程往往用地質(zhì)演化的時間尺度來表達，另一個不同之處是海侵是海陸界線的變化，更注重的是海水沿陸地外表向內(nèi)陸擴張的過程，而不進一步追究是否有局部海水從地下含水層通道進入內(nèi)陸。18第一節(jié)海水入侵的概念危害陸地含水層咸化機井報廢淡水供給量減少土地鹽漬化地方病191存在海水與陸地含水層的水力聯(lián)系海洋是陸地地表水、地下水的最終排泄區(qū)，海平面那么是地球外表的最低排泄基準面。如果沿海地區(qū)存在著裂隙、巖溶和松散的孔隙介質(zhì)含水層，而且這些含水層延伸到海中，就有可能成為海水入侵的通道。海水入侵發(fā)生的條件第一節(jié)海水入侵的概念20第一節(jié)海水入侵的概念2海水壓力大于陸地含水層的水頭壓力水的流動是在存在壓力差的情況下發(fā)生的。由于陸地地下水的密度〔比重〕小于海水，要防止海水潛入，就必須具有較高的水頭壓力。在沒有發(fā)生海水入侵的沿海地區(qū)，可能存在兩種情況，一是沒有水力聯(lián)系的通道，二是有通道，但陸地地下水水頭高，壓力值大于海水，此時，陸地地下水可不斷地從海面以下出口排向大海。21圖7-2海水入侵示意圖陸地表面潛水面陸地含水層咸淡水分界隔水底板淡水海下出口海平面需要說明的是，海水和淡水存在著密度差，即使在陸地含水層的水頭壓力大于海水壓力且存在水力聯(lián)系通道的情況下，海水也只會呈楔狀體插入到含水層的底部，楔狀體的上方那么是陸地地下水的排泄通道22中國海岸帶背靠西部大陸，面向全球規(guī)模最大的西太平洋邊緣海。中國大陸海岸線北起遼寧鴨綠江口，南至廣西北倉河口，全長超過18,000km，大小島嶼6,500座，大陸岸線和島嶼岸線總長達32,000km。第二節(jié)中國海水入侵現(xiàn)象的開展現(xiàn)狀23我國海岸線長度為3.2萬km，其中大陸岸線1.8萬km。沿海地區(qū)是我國目前經(jīng)濟開發(fā)的重點地區(qū)。這些地區(qū)在以下方面為海水入侵提供了條件：①隨著經(jīng)濟開展，對水資源的需求日益增長，過量抽取地下水，其結(jié)果會使沿海地區(qū)地下水水位下降，量減少。②攔蓄截取地表水，使入海量減少，使地表水補給地下水量減少，地下水位下降。③沿海地區(qū)是松散堆積物的沉積區(qū)，主要是沖洪積和海相沉積成因。陸相物質(zhì)的搬運堆積，主要靠地表徑流。河床堆積物相對粗大，并一直延伸到大海。第二節(jié)中國海水入侵現(xiàn)象的開展現(xiàn)狀我國海水入侵的分布24環(huán)渤海灣地區(qū)萊州灣南岸、大連—旅順、天津等東南沿海地區(qū)廣西北海市、欽州市欽江三角洲、海南島儋州的新英灣等。我國海水入侵的分布第二節(jié)中國海水入侵現(xiàn)象的開展現(xiàn)狀25環(huán)渤海灣現(xiàn)狀海水入侵面積約2333.4km2，比20世紀90年代初增加了46.5%。據(jù)天津市典型地段水質(zhì)動態(tài)的深入研究,咸水界面下移速率約0.65-0.74m/a；據(jù)滄州地區(qū)的研究，截止2001年，淺層咸水界線向西移動15-30km，運移速率。與20世紀70年代相比，深層咸水界面一般下移10-30m，咸水界線西移最大距離16.2km〔據(jù)“環(huán)渤海地區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查〞，2004〕。煙臺萊州灣地區(qū)的地下水氯離子含量最高為3.86g/l〔飲用水標準國際建議值為<200mg/l，即0.2g/l〕，礦化度達7.85g/l〔飲用水標準建議值為<1g/l〕。局部地區(qū)已出現(xiàn)鹽漬化。我國海水入侵的分布第二節(jié)中國海水入侵現(xiàn)象的開展現(xiàn)狀26海南島西部儋州的新英灣是海水入侵典型地段，海水入侵面積達10km2。我國海水入侵的分布第二節(jié)中國海水入侵現(xiàn)象的開展現(xiàn)狀27海水入侵是陸地地下水的壓力與海水壓力失衡造成的。海平面的相對上升海水量的變化〔氣候、冰川消融等〕海洋盆地容積的變化〔大洋中脊擴張、陸源物質(zhì)堆積等〕濱海地區(qū)地面沉降〔構(gòu)造沉降〕陸地地下水頭下降沿海地區(qū)開采地下水筑壩建水庫等攔截地表水氣候干旱其他原因修建鹽田、近海河道清淤、沿海城市建設(shè)等第三節(jié)海水入侵的原因28海水入侵過程——?！蚕獭乘ㄐ误w不斷擴大，即楔形體移動的動力學(xué)過程由多個時間段分析海水與陸地地下水分界面的位置和形態(tài)變化過程，分析是否處于正常漲落。咸淡水分界面的理論解第四節(jié)海水入侵的形成機制陸地表面潛水面陸地淡水咸淡水分界隔水底板淡水海下出口海平面海水楔一、穩(wěn)定分界面的靜力平衡模式二、穩(wěn)定分界面的動水壓力平衡模式29第四節(jié)海水入侵的形成機制一、穩(wěn)定分界面的靜力平衡模式吉本(BadonGhyben)和赫爾茲伯格(A.Herzberg)提出，假設(shè)條件：海水和陸地地下水均不流動，地下水與海水各點的壓強按靜水壓強分布，分界面固定。潛水面隔水底板陸地表面陸地淡水咸淡水分界淡水海下出口海平面海水楔hfhshsA30兩個重要的認識：1、陸地地下水面的高度與分界面在海平面下所處的深度呈線性定量關(guān)系，例如在地下水潛水面高程為1m時，由上式可知，對應(yīng)的分界面深度約在海拔以下40m處。換句話說，陸地地下水水位越高，分界面埋藏深度越大，越接近海岸線，分界面埋深越淺。

312、表示分界面在水平方向的梯度；表示潛水面在水平方向的梯度；右端的負號表示兩者水頭下降的方向是相反的〔以下圖〕。由上式可以看出，從AC斷面到BD斷面，潛水面的梯度變化要小于分界面，分界面的梯度為潛水面的40倍，因此，分界面在向內(nèi)陸延伸時，往往具有快速收斂的特點，能夠在離海岸線不遠的地方，與含水層的隔水底板相交。潛水面和分界面的水力梯度示意圖

32第四節(jié)海水入侵的形成機制二、實際工作中咸淡水分界面的判別咸淡水分界面是一個溶質(zhì)濃度介于海水濃度與陸地地下水濃度之間的過渡帶，成為咸淡水混合帶。溶質(zhì)濃度到達某一規(guī)定值的部位視為海水入侵的標志，該濃度值的等值線作為咸淡水分界面。Cl-：《城市地質(zhì)環(huán)境問題調(diào)查評價標準〔征求意見稿〕》—250mg/L總鹽度：1500~2000ppm電導(dǎo)率與總鹽度關(guān)系：溴鈉比和咸化系數(shù)〔輔助指標〕33在充分搜集和利用前人資料的根底上，以地質(zhì)背景調(diào)查和遙感解譯為主體，結(jié)合應(yīng)用相關(guān)的勘探、測試手段及GPS、GIS等新技術(shù)，進行必要的實測和監(jiān)測。地質(zhì)背景調(diào)查區(qū)域地貌形態(tài)、巖性結(jié)構(gòu)、海岸性質(zhì)及變遷歷史。咸、淡水含水層的空間分布、地下淡水體與海水〔咸水〕體的接觸關(guān)系、地表水、地下水與海水之間的水力聯(lián)系、補排關(guān)系和海水入侵通道、地下水位動態(tài)變化。海水入侵的調(diào)查評價第五節(jié)海水入侵的調(diào)查評價34遙感解譯海水與淡水水域，分析海水入侵地下淡水的分布范圍。水文物探查明海水入侵范圍，咸水、淡水分界面。電測深法、電剖面法、自然電場法、激發(fā)極化法、瞬變電磁法、井中CT。地下水監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測地下水水位、水質(zhì)動態(tài)及地面水體的水位變化，分析咸淡水入侵程度或確定淡水的臨界開采量。第五節(jié)海水入侵的調(diào)查評價35綜合分析研究根據(jù)地質(zhì)背景調(diào)查、遙感解譯、地下水監(jiān)測、水文物探資料，綜合分析造成海水入侵的自然