河北省撫寧縣南部沿海地區海水入侵及防治措施

梁曉杰 劉紅波 邢慧瑩

(1.河北省秦皇島市撫寧縣水務局 河北秦皇島 066300;2.河北省邯鄲水文水資源勘測局 河北邯鄲 056001;3.河北省任丘市水務局 河北任丘 062550)

撫寧縣南部沿海區域系指撫寧縣南部濱臨渤海的行政區域,該區域東南臨海,東至縣界與秦皇島市相鄰,南至縣界與昌黎縣相接,西以撫寧縣缸山為界,北以撫寧縣內102國道為界,東北以戴河為界。行政區域包括留守營鎮全部及牛頭崖鎮、撫寧鎮、榆關鎮的部分村莊,總面積約225km2,占撫寧縣總面積的14%。102國道、205國道、京沈高速、京秦鐵路、京哈鐵路經過該區域。區域內有全國著名的南戴河旅游區,交通發達、區位優勢明顯,具有十分有利的發展前景。區域內主要河流有戴河、蒲河、洋河、人造河和小黃河,重要水利工程有桃孟、友誼、宋留三大灌渠縱貫南北。

二十世紀80年代以來,隨著撫寧縣工農業生產的大幅度增長、港口建設規模的不斷擴大及旅游業的快速發展,需水量也隨著大幅增加。而根據降雨資料顯示,近幾年區域內降雨量處于平、偏枯年份,形成可更新的水資源量較少,在供需不利的情況下,水資源 (尤其地下水資源)開發利用程度較高,改變了區域內的水資源情勢,尤其是打破了區域地下水的排補平衡,造成南部沿海區域地下水位大幅下降,形成了以留守營鎮為中心的地下水位降落漏斗,地下水位的降低改變了淡水與海水的補排關系,使南部沿海區、沿河地帶出現了海水經過表層向地下水補給,即地下水海水入侵。

1 海水入侵的形成過程及現狀

留守營鎮是撫寧縣經濟最發達的工農業重鎮,農業糧食作物以水稻為主,是撫寧縣水稻的主產區,曾獲秦皇島市十大名優農產品稱號的 “留守營大米”以其良好的品質享譽冀東、聲名京津;工業以造紙業為主,在近12km2范圍內分布著大小造紙廠十多家,其中5000萬以上固定資產的有5家。

1995年以前該地區地下水年開采總量的80%以上為工業用水,超采率曾達到120%,隨之形成了以大造紙廠為中心,面積為1km2,中心水位埋深為18m～20m的全縣最深的地下水降落漏斗。

隨著近年來工農業迅猛發展,嚴重的超采地下水,2000年以來,漏斗中心西移,逐漸形成了以樊各莊、留守營為中心的地下水位降落漏斗區,范圍覆蓋了洋戴河平原部分地區,并有逐步擴大趨勢。自1997以來,地下水位降落漏斗年際之間變化不一,根據石義莊站近10年地下水位監測資料可知,區域地下水位自1997～2004年持續下降,2005年以后有所回升,區域地下水位變動隨降雨量與地下水開采量的增減而不斷變化。

目前區域內地下水位情況與2002年 《秦皇島市沿海地區海水入侵災害研究》的實際調查結果情況相比,水位相差不大,現狀該漏斗區總面積約為96.4km2,漏斗區中心水位埋深25m,水位標高-2m的封閉面積約66.2km2,水位標高-6m的封閉面積約17.5km2,水位標高-10m的面積約4.2km2,漏斗區具體分界范圍:北起四照各莊-棗園村北,南至渤海海岸,東至洋河口附近的圈里村,西至山前的樊各莊村,其中包括了原獨立為面積23km2的棗園地下水降落漏斗,使其僅成為留守營漏斗東翼的邊緣地帶,該漏斗南部沿海岸線帶狀分布的棗園、東蘇撐子一帶,面積42.5km2～56km2即為海水入侵區。

而撫寧縣明顯的海水入侵是從1979年開始的,當時發現牛頭崖鎮內的棗園水源地有1眼生產水井變咸,1984年有4眼井水礦化度超過2g/L,1986年第18號井氯離子含量達1276mg/L,附近區域內520眼農用井中約有30%～40%礦化度增高或咸化。至90年代初,棗園水源地即有16眼井變咸而廢棄,可見海水入侵速度之加快。至2002年,海水入侵范圍擴展到洋戴河平原,即西起人造河的撫寧縣溝兒灣村,向東北方向延伸至南李莊、西河南,過洋河繼續向東北方向到都寨,再折向東南經棗園、白玉莊村北直到南戴河左岸,面積在42.5km2～56km2之間。撫寧海水入侵范圍與留守營地下水降落漏斗的范圍與深度密切相關,因此目前海水入侵范圍與2002年時相差不大。

1 海水入侵成因及危害

2.1 海水入侵成因

海水入侵的形成與區域地形地貌、氣象水文、巖土體及地質構造特征、水文地質條件等自然條件密不可分,沿海地區陸地與海底相連的第四紀松散沉積物及構造、破碎帶是海水入侵內陸地下含水層的通道,自然條件是導致海水入侵的基本因素。

同時人類活動也是誘發海水入侵形成的原因之一,即地下水位下降是造成海水入侵的直接原因。自然狀況下,沿海地區地下水流向海洋,并具有較高水位,保持咸淡水平衡界面,而區域含水層地下水位的改變,打破了海洋與內陸地下淡水動力平衡界面,從而誘發海水入侵。洋戴河平原等區域漏斗中心水位低于海潮平均水位,甚至低于海平面,在長歷時無充足淡水補給的情況下,地下水位得不到恢復,促使海侵范圍和面積不斷擴大。海水入侵范圍隨著降雨量大小和地下水開采強度的增減而不斷變化。

入海河道河口是海水入侵的重要途徑。研究區內有洋河、戴河、人造河等平行獨流入海的中小河流,河流在入海口附近平原坡降漸緩,年內徑流主要集中在汛期,汛后基流較小,加上各河中上游均建有大量控制工程,攔蓄徑流,削減各河入海水量,河口處因海洋動力作用大于河流沖洪積作用,常年雍水。遇天文大潮和風暴潮,潮量大,海水沿河上溯距離較遠,海水沿入海口上溯后,充滿河床的海水在河床及河兩側下滲側滲補給地下水,加劇了海水入侵。

2.2 海水入侵危害

海水入侵造成南部沿海地區地下水咸化,給工、農業生產帶來很大損失。位于洋戴河平原的棗園水廠,因海水入侵使地下水中礦化度超過飲用水標準而不能飲用,該水源地幾乎失去了水源地功能。南部區域有許多供水井由于水質問題棄廢,農村飲水供水不得不尋找新的水源。海水入侵含水層地下水鹽量升高,產生腐蝕性,易造成井管、水泵、管道等地下提輸水設施銹蝕,縮短其使用壽命,加大采水成本。此外,由于海水入侵與土壤次生鹽堿相伴而生,沿海一帶許多耕地遭受不同程度的鹽堿災害,使本來脆弱的生態環境更趨惡化。沿海區域居民長期飲用微咸水,還影響了居民健康。

3 治理情況

近年來,盡管國家先后列重點課題對秦皇島市沿海區域海水入侵問題進行了廣泛深入的研究,取得了一批可貴的研究成果,采取了一些綜合措施,使該地區地下水位有所回升,并減緩海水入侵速度,但是由于投資和治理的力度有限,海咸水入侵的勢頭并沒有得到根本遏制。根據2008年2月完成的 《河北省撫寧縣洋河口段整治工程初步設計報告》,撫寧縣近期擬在洋河口建一座擋潮橡膠壩,其主要作用為擋潮,兼有蓄水作用。該橡膠壩位于沿海公路洋河大橋下游35m處,壩頂設計高程1.9m,壩底板高程-0.5m,壩高2.4m,上游設計蓄水位1.8m。洋河口擋潮閘的建設可有效阻止海水通過河道入侵,但僅此措施并沒有從根本上解決沿海區域地下水降落漏斗以及因此形成的沿岸海水倒灌問題。

4 抵御海水入侵的措施對策探討

4.1 抵御海水入侵的主要措施

防治海水入侵國內外針對不同的地區與地質條件已采取許多措施,總結了許多經驗,總體來說,解決的措施主要有:開源節流、構筑阻咸帷幕、適應性生態改良等。

開源節流即增加地下淡水補給量和合理限制地下水開采。對于增加地下水補給,主要方式包括:攔蓄降水和地表徑流補充地下水,興建跨流域調水工程將淡水引入濱海地區,在濱海地帶有計劃地回補地下水等;適當限制地下水開采、合理開發地下水其手段主要是對濱海地區地下水資源進行優化管理,在防止海水入侵的前提下,以地下水模型為依據確定允許開采量,調整地下水開采布局。

構筑阻咸帷幕是指在地質條件允許的濱海地區構筑地下阻咸帷幕,適當攔蓄地下徑流,減少地下淡水入海水量。該方式既可以起到攔截地下水徑流,又起到阻止海水入侵的作用。主要方法包括地下截滲墻防治海水入侵、垂直鋪塑防治海水入侵、振動沉模板墻防治海水入侵、淡水帷幕防治海水入侵等防治地下海水入侵措施以及防浪墻、防潮堤等防治地表海水入侵措施。

適應性生態改良是指適應海水入侵現狀,進行海水入侵區生態改良試驗,利用地下微咸水或與淡水混合利用澆灌耐鹽作物,分區治理,發展海水入侵區經濟。具體方法:一是在海水入侵區建立適合區域生態特點的農牧漁林良性循環的生態系統,改良土壤;二是在地下水系統的補給區,以涵養水源為出發點,發展生態農林業。

4.2 解決區域內海水入侵措施的對比分析

構筑阻咸帷幕措施可有效阻止海水入侵,但要求有適宜的地質條件,而且如果海岸線較長時工程量較大;對于本區域來說,海水入侵的直接原因是區域地下水降落漏斗的形成,該措施雖可有效防止海水入侵,但不能恢復地下水位,解決地下水位降落漏斗問題,長此以往,地下水位持續降低將可能會成為其它環境問題。

適應性生態改良措施也只是被動的適應海水入侵造成的環境問題,不能從根本上解決問題;撫寧縣沿海區域內包括全國馳名的南戴河旅游區,區域內長期采用微咸水灌溉可能會導致海水入侵范圍的擴大以及旅游區的土壤及生態狀況惡化,不利于旅游區的進一步發展,也可能會影響旅游區在國內的知名度。

鑒于南部沿海區域實際情況,解決海水入侵、保證區域水資源可持續利用、改善目前地下水資源狀況的最好辦法、最佳措施是開源節流。

第一,強化節水、用水管理,發展節水型工業、農業、服務業等;

(1)通過報刊、廣播和電視等新聞媒體及發放宣傳材料等形式進行普及節水宣傳工作,提高居民的節水意識。

(2)制定用水定額,實行計劃管理。撫寧縣實行計劃用水,按定額為各用水戶配水,超計劃定額累進加價收費。取消用水保費制度,做到裝表到戶,計量收費。

(3)合理調整水價,改革水費收繳制度。運用經濟手段推動節水工作。計量收費城鎮要制定兩步制水價,實行基本用水水價和超計劃用水水價累進加價制度。

(4)農業實行高產節水灌溉制度,推廣水稻旱育秧及濕潤水稻和旱作水稻技術,從水費方面制定相應的獎懲政策,以經濟杠桿推動灌溉制度科學化合節水作物品種的種植推廣。

(5)全面推進節水器具,提高生活用水節水效率。新建住宅區全部使用節水型器具,老居民區按計劃進行節水器具更換。

(6)加快推廣城鎮供水管網改造,降低管網漏失率。推廣應用新型管材,推廣應用供水管道連接、防腐等方面的先進施工技術;鼓勵開發和應用管網查漏檢修決策支持信息化技術。

(7)推廣再生水回用。在城鎮建設和擴建過程中,積極改造城鎮排水管網,建設城鎮污水集中收集和處理設施,建立和完善城鎮再生水利用技術體系。

第二,實行水量置換,以減少區域內地下水開采量,遏制區域地下水降落漏斗與海水入侵。

供水水源置換指將規劃區域內以地下水作為主要供水水源的用水對象的供水水源轉換為地表水。通過將供水水源置換為地表水,減少區域內地下水開采量,遏制區域地下水降落漏斗與海水入侵,改善水環境狀況。

(1)農業用水置換分析。規劃區域內洋河灌區控制范圍約占總控制范圍的90%,灌區控制范圍內均有渠灌設施,但目前灌區范圍內渠灌面積僅約6萬畝,大部分面積已改為采用地下水灌溉。通過增加渠道引水和改進灌溉管理恢復渠灌面積可有效減少區域內地下水開采,有效改善區域地下水狀況。

(2)工業用水置換分析。據調查,留守營鎮工業用量用水量占規劃區域內工業總用水量的87%,主要集中在以留守營鎮為中心周圍 5km范圍內,而牛頭崖鎮、撫寧鎮、榆關鎮工業用水戶相對分散,采用外調地表水源供水工程實現集中供水較困難,因此工業用水置換根據水源及供水工程情況,重點應落在留守營鎮,特別是留守營鎮工業區,置換的方法可同時采用引青管線引水及灌區供水來置換工業用水,經計算,利用引青管線可置換水量為2533.1萬m3,利用友誼灌區置換水量為432.9萬m3,總置換水量為2966.0萬m3。

(3)生活用水置換分析。生活用水供水管線接自工業區供水管線,分別于留守營的西河南、牛頭崖的南甸子建新的水廠。生活用水置換人口預計為5.6萬人,生活用水定額按50L/(人·d)置換水量為102.2萬m3,預計投資約1705萬元。

第三,制定蓄補地下水規劃,采取增加渠系滲漏與河道滲漏等人工回灌補給方式,增加地下水補給。

根據區域地下水漏斗位置及深度,本次蓄補地下水規劃重點在胡各董村以南的洋河附近區域及以樊各莊、留守營為中心的附近區域。

地下水資源計算時各補給項包括降雨入滲補給、河道入滲補給、庫塘滲漏補給、渠系滲漏補給、渠灌田間入滲補給、人工回灌補給、井灌回歸補給等。根據區域實際情況,在盡量不改變原有自然條件與工程條件的基礎上,宜選擇可行的方法與途徑,本次選擇增加渠系滲漏與河道滲漏等人工回灌補給方式,增加地下水補給。

(1)增加渠系滲漏補給。在規劃重點區域內主要有洋河灌區的宋留干渠、友誼干渠與桃孟干渠。擬利用非灌溉季節引洋河水庫的水,利用宋留干渠、友誼干渠與桃孟干渠的土渠部分蓄水引滲補水。經計算,年補地下水總量為307.9萬m3,年需引水總量為314.0萬m3,利用渠道蓄水補地下水不需新建蓄水工程。

(2)增加河道滲漏補給。增加河道滲漏補給地下水措施主要是在河道上建橡膠壩蓄水補地下水。目前區域段洋河上已建有胡各董閘,洋河支流蒲河入洋河口處建有一座橡膠壩,近期規劃在南戴河洋河大橋北側修建一座橡膠壩。胡各董閘作用主要是抬高洋河水位,利于友誼灌區引水,建議在非灌溉時間可以利用其蓄水補地下水。擬建的洋河口橡膠壩兼有防潮與蓄水的雙重功能,該壩長450m,蓄水面積1.25km2,蓄水容量250萬m3。

鑒于撫寧縣南部沿海區域地下水漏斗情況比較嚴重,并考慮洋河景觀效果,因此在規劃區域內擬采用梯級攔蓄補水方式,即在胡各董以下洋河河道形成梯級、連續水面景觀,同時也為附近的南戴河增加一景。河道蓄水年補地下水總量為 2113萬m3,年需引水總量為2213萬m3。利用河道蓄水補地下水需新建兩橡膠壩蓄水工程。

第四,制定開采區和限制開采區的保護規劃,為規劃區域地下水環境與可持續利用提供保證。

地下水控采規劃是在采補基本平衡、使超采區的地下水開采得到有效控制、全面遏制地下水位持續下降趨勢、不再發生發生新的環境地質災害、明顯改善生態環境的基礎上、最大限度地提取地下水以滿足供水的需要。

(1)地下水控采規劃原則。采取采補平衡的原則,即在一定大氣周期內,充分利用地下水多年調節的作用,豐枯互補,使均均衡段內地下水總的開采量與總的補給量大致相等,地下水動態年際總變化趨近于0;優質優用、合理配置原則,即地下水優先滿足人民生活用水要求,兼顧工業與農業和生態用水,做到優水優用,中水回用,污水、海咸水資源化利用等;強化保護原則等,即控采方案以保護和促進生態環境向良性方向發展為目標,防治環境地質問題的惡化。

(2)南部沿海地下水控采規劃。區域地下水控采規劃要根據不同位置及不同時間分別確定。根據《河北省地下水合理利用及控采規劃》,本區域屬地下水限采區。在目前地下水采補失衡的狀態下,減采與增補是必須采取的方案。本次規劃措施分別采取改變工業及部分生活用水水源,增加河道與渠道蓄水補給地下水,促使區域地下水采補平衡并逐步回升。在漏斗區回升過程中漏斗區范圍內盡量控制耗水量大的企業新增地下水開采,同時降低單位面積上的開采井數量,分散開采量,降低開采強度。地下水回升到合理水平后,區域地下水采補基本達到平衡狀態,在此狀態下,區域地下水具有一定的儲水能力,新增基本生活用水、小規模的工業等用水可以少量開采地下水,同時要求開采井分散開采量,降低單位開采強度。盡量控制耗水量大的企業新增地下水開采量,尤其是對水質要求不高的企業的用水,使其盡量利用中水、微咸水、海水等。

第五、在實際運用過程中,可將以上幾種方式結合起來,共同實現區域水資源、尤其是地下水資源的可持續利用。

1 孫娟,楊燕雄.秦皇島海水入侵特征.中國環境管理干部學院學報,2007.2.

2 郭占榮,黃奕普.海水入侵問題研究綜述.水文.2003.3.