秦皇島市沿海地區(qū)海水入侵水文特征值變化趨勢分析

趙云峰

（河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島 066000）

1 概況

秦皇島市位于河北省東北部。東北接遼寧省綏中縣，西北臨河北省承德市，西靠唐山市的灤縣、遷安，南臨渤海。西距首都北京280 km，西南距石家莊483 km、距天津220 km[1]。總面積7802 km2，其中山區(qū)面積5648 km2，平原面積2154 km2。秦皇島市沿海平原地區(qū)，涉及山海關(guān)區(qū)、海港區(qū)、北戴河區(qū)、撫寧區(qū)及昌黎縣平原區(qū)，面積為1750.4 km2，海岸線東起山海關(guān)金絲河口，西止昌黎縣灤河口，總長162.7 km[2]。

秦皇島市瀕臨渤海，由于地下水超采及地質(zhì)因素，沿海地區(qū)不同程度的海（咸）水入侵，進一步加劇了本地區(qū)的用水緊張情勢[3]。本文對秦皇島市海水入侵分布特征進行評價，分析研究海水入侵區(qū)水文特征值變化趨勢。

2 海水入侵成因

海水入侵方式有多種，主要有面狀入侵、帶狀入侵、線狀入侵，線狀或帶狀入侵后，由于水力和地質(zhì)條件也可能擴展為面狀入侵。秦皇島市沿海地區(qū)的海水入侵基本屬于面狀入侵，也有帶狀入侵后又?jǐn)U展為面狀入侵，如南戴河、白玉莊、棗園一帶屬于這類入侵方式，其它沿海地區(qū)屬于面狀入侵方式[4]。

造成秦皇島市沿海地區(qū)海水入侵主要有兩方面的因素，一是自然因素，如水文地質(zhì)條件、降雨、河道徑流量、潮位的影響；二是人為因素，如長期大量超采地下水等[5]。

秦皇島市沿海地區(qū)隨著城市化的發(fā)展，城市范圍內(nèi)工程建設(shè)增多，路面被硬化，這樣就使大部分降雨不能下滲，從而不能補充地下水，在本來就干旱的氣候下，更減少了降雨對地下淡水層的補給，從而更進一步加劇了地下水漏斗的深度，為海水入侵創(chuàng)造了有利條件；海港區(qū)的海水入侵主要是由于熱電廠使用海水作為冷卻水，且冷卻水直接排入新開河，排水口距離新開河口3.6 km，使得新開河河道內(nèi)都為冷卻后的海水，在退水同時向兩岸侵入，增加了入侵范圍。

3 海水入侵區(qū)水文特征值變化趨勢分析

海水入侵區(qū)自然因素的各水文特征值是影響海水入侵動態(tài)變化的重要因素，選取降水量、河道徑流量、潮位、地下水開采量四個主要的水文特征值對長系列資料進行分析[6]，與分析區(qū)地下水埋深和海水入侵調(diào)查資料進行對比，確定影響海水入侵變化的主要影響因素。

3.1 降水量變化趨勢分析

降水是產(chǎn)生地表徑流和補給地下水的主要來源，降水量的大小及時空分布反映了一個地區(qū)的水資源狀況。秦皇島市的降雨年度分布不均，主要集中在6月～9月，且洪水主要由汛期暴雨形成，所以在分析降雨變化趨勢時應(yīng)將年降雨和汛期（6月～9月）降雨進行比較，同時兼顧考慮能夠反映降雨強度的連續(xù)最大三日和最大一日降雨量，這些特征參數(shù)能夠直觀反映各分析區(qū)降雨變化趨勢。

代表站秦皇島站1995年～2016年降雨量統(tǒng)計資料見表1，依據(jù)此資料點繪流域逐年雨量特征參數(shù)對照圖及各年代降雨量變化示意圖，降雨量特征參數(shù)大體呈穩(wěn)定趨勢，見圖 1、圖 2。

表1 秦皇島站各年代降雨量參數(shù)統(tǒng)計表

圖1 秦皇島站逐年降水參數(shù)對照圖

圖2 秦皇島站各年代時段雨量變化示意圖

由圖1、圖2可以看出，降雨量分布規(guī)律相同；最大值出現(xiàn)在2010年～2016年，其中1995年～2010年各參數(shù)年均值較本世紀(jì)10年代分別減少了6.4%、19.9%、15.8%。由此可以看出，2000年～2004年降雨量減少程度較大，為整個系列的最小值，是整個研究系列的最枯時段。

秦皇島市海水入侵區(qū)域年降水量變化趨勢大致相同，降水量具有年內(nèi)分配集中、年際變化大的特點。由多年平均月降水量統(tǒng)計表可以看出，連續(xù)最大四個月降水量一般集中在汛期（6月～9月），汛期降水量占全年降水量的80%左右，個別年份集中程度更高，達到90%以上，而汛期的降水量又主要集中在7月、8月，甚至更短時間之內(nèi)。不同流域代表站年雨量特征參數(shù)統(tǒng)計見表2。

表2 各流域代表站年降水量特征參數(shù)統(tǒng)計表

年雨量和汛期降雨量是從量的角度反映流域降雨的變化情況，而最大一日和連續(xù)最大三日降雨量既從量的角度又從降雨強度的角度反映降雨變化。從量上來分析，秦皇島市整個海水入侵區(qū)域降雨量在分析系列中呈明顯的先減小后上升趨勢，并具有顯著的分帶性，表現(xiàn)為本世紀(jì)10年代之后明顯大于本世紀(jì)初。而最近幾年增加的程度更大，基本上是整個系列的最大值或接近最大值。從強度上分析，整個流域變化比較平緩，但近幾年基本呈現(xiàn)出增大的趨勢，尤其是2012年，秦皇島沿海地區(qū)由于雙臺風(fēng)影響發(fā)生了全境的暴雨，處于系列的最大值。

3.2 徑流量變化趨勢分析

雙累積曲線是描述兩參數(shù)間關(guān)系是否有趨勢性變化的一種常用的方法。如果該站降水徑流關(guān)系不變，雙累積曲線應(yīng)呈線性增加，否則在發(fā)生變化處會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。

分析區(qū)秦皇島沿海地區(qū)有實測資料的湯河秦皇島水文站1995年～2016年降雨徑流資料，點繪年雨量、年徑流量雙累積曲線圖，見圖3。

圖3 秦皇島站年降雨、徑流雙累積曲線圖

根據(jù)圖3可知，雙累計曲線較平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，該流域降雨量、徑流量關(guān)系良好，秦皇島沿海地區(qū)河流徑流量變化平穩(wěn)，沒有明顯的轉(zhuǎn)折。

3.3 潮位變化趨勢分析

秦皇島海區(qū)以潮力弱、潮差小為其顯著特點。據(jù)實測，秦皇島海區(qū)多年平均潮位為88 cm（國家85高程），歷史最高潮位163.1 cm，出現(xiàn)在1972年7月26日，最低潮位為-227.9 cm，出現(xiàn)在1973年12月24日，汛期多年平均高潮位112.1 cm，平均潮差74 cm，最大潮差243 cm。潮流流速為0.6 m/s～0.9 m/s，退潮流速小于漲潮流速。

根據(jù)河北水利水電勘測設(shè)計院1998年9月編制完成的《河北省海堤工程初步設(shè)計報告》，河北沿海的秦皇島站、薊運河防潮閘站高潮位分析成果見表3。

表3 潮位分析成果表 單位：m

根據(jù)以上計算結(jié)果可見，秦皇島海域潮位百年一遇高潮位和5年一遇高潮位僅相差0.28 m，潮位年際變化不大。

3.4 地下水開采量變化趨勢分析

地下水開采量數(shù)據(jù)來源于秦皇島市和各縣區(qū)的統(tǒng)計公報，由于2014年原撫寧縣撤縣設(shè)區(qū)，同時行政區(qū)劃變化，涉及海港區(qū)、撫寧區(qū)、北戴河區(qū)的統(tǒng)計口徑發(fā)生變化，影響到本次分析區(qū)中除灤東平原的其他三個分區(qū)，故2014年后的開采量數(shù)據(jù)在系列里已不具備一致性，故本次分析只統(tǒng)計至2013年。

根據(jù)秦皇島站2005年～2013年開采量統(tǒng)計資料點繪流域逐年地下水開采量參數(shù)對照圖，見圖4。

圖4 秦皇島站逐年開采量參數(shù)對照圖

由圖4可以看出，開采量特征參數(shù)基本保持穩(wěn)定，2010年左右開采量有所增長，隨后降低，變化幅動較小。

4 結(jié)論

秦皇島沿海河流多為暴漲暴落的山溪性河流，暴雨歷時短，強度大，加上一年中，降水主要集中發(fā)生在7月、8月，占年徑流量的70%左右，且一次洪水的洪量主要集中在24 h內(nèi)，24 h洪量占3 d洪量的70%以上。大量的地表徑流排入大海，地下水得不到充分補給，地下水位持續(xù)下降，海水壓迫海（咸）水體向內(nèi)陸延伸。

為進一步遏制秦皇島市沿海地區(qū)海水入侵改善地下水環(huán)境，建議加強該地區(qū)的地下水建設(shè)，開發(fā)非傳統(tǒng)水資源，科學(xué)利用微咸水，完善河流擋潮工程。確保數(shù)據(jù)有效性，積累地下水水位和水質(zhì)資料，為沿海地區(qū)海水入侵調(diào)查提供數(shù)據(jù)支撐。