基于高密度電法試驗對海水入侵界面確定的研究

于 海

(營口市老邊區水利事務中心，遼寧 營口 115000)

1 概述

研究區位于遼東灣東側的遼寧省營口市,大清河流域望寶山水文監測站的下游，內有長大鐵路通過，交通便利，地理位置N40°20′～40°26′，E122°10′～122°35′，總面積為170 km2(陸地面積150 km2，潮汐波動帶20 km2)，東西方向約24 km，南北方向2～13 km，海岸線約6 km。屬大陸型季風氣候，四季分明，雨熱同季。

2018年6月，營口的旱季，在研究區內從沿海到內陸，共布設高密度電法監測斷面8處；2018年9月，營口的雨季即將結束時，在測線3和測線7的位置處，重新進行物探測試。在旱季和雨季進行兩次物探試驗，主要目的是研究降雨入滲對海水入侵界面的影響。

2 高密度電法試驗

前期利用N電法測量系統進行數據初步處理，后期用瑞典RES2DINV軟件進行反演與出圖，反演計算方法為光滑約束的最小二乘法[1]。為便于反演結果的解釋，可按照測線布設位置將2018年6月測得的8條測線分成3組。

2.1 近海的測線1～2

在大清河入海口布設了兩條高密度電法測線，測線1位于大清河的南入海口附近，測線2位于北入海口附近，根據往年的綜合研究認為大清河的入海口位置位于全入侵區，在此處布設兩條監測斷面進行驗證。大清河南入海口附近的測線1，布設位于一片較為平坦空曠的區域；大清河北入海口的測線2，位于一段水稻田旁。

測線1布線測試方向從沿海到內陸，近似垂直于海岸帶方向，測線長度為390 m，單位電極距為10 m，采用溫納法測量。根據測線1的反演結果，結合研究區含水層以及地質條件，可以得出，此處含水層厚度在10～50 m范圍內，在入海口位置屬于全面入侵區。測線2與測線1類似，都是在海水入侵區，采用120道電極，單位電極距10 m，測線長1 190 m。測線位于水稻田旁，受灌溉渠和路基影響，反演誤差較大，但是可以看出含水層部分整體電阻率較低。

2.2 大清河西海攔河閘兩側的測線3～4

根據往年海侵線的繪制，以及本次的踏勘調研，認為海侵線已經越過蓋州火車站沿線，本次物探監測重點就放在大清河南岸的火車站沿線附近。

在大清河下游有有一西海攔河閘，為了驗證西海攔河閘對于海侵程度的控制，在西海攔河閘南側緊臨河的位置處布設一條測線，設置單位電極極距3 m，應用偶極法測量，進行一次滾動測量，并利用測量系統的處理終端將數據拼接，拼成一條447 m長的測線3。

在大清河的北側，距離西海攔河閘和河道都稍遠一些的位置布設測線4，測線4在鐵路西側，沒有越過鐵路線。測線3的布線位置位于大清河南側，距離大清河距離僅35 m，拼接后測線總長度為447 m，反演后有效深度約為42 m。由于布線場地的地形平坦，測線較直，反演時不需要做地形校正。

根據反演結果，在測線3的144 m位置處有一個明顯的高阻、低阻界面，且整體來說低阻區的電阻很低，應屬于咸水區。但是測線50 m處有高阻，可能是卵石等高阻物體。在190～300 m、深36～46 m處有一處低阻區，在測線270～321 m、深10～20 m處也有一處低阻區，這些可能是受相鄰的河流影響。

測線4位于大清河北岸，距河約300 m的位置，平行河道、垂直于海岸線的方向。共120個電極，單位電極距為3m，測線總長357 m，用溫納法測量。由反演結果可知在靠海的一側，有一塊高阻異常區域，高阻區可能是在房屋修建中填埋物品或者排水管道等，但是在靠海的一側整體上呈現低阻的趨勢，由于場地原因這條測線無法繼續向前推進，但是可以猜測海水入侵界面在這個位置附近[2]。

2.3 大清河南側海侵線附近的測線5～8

測線5布設在在鐵路的西側，即靠近海的一側，共70個電極，單位電極距為3m，測線長度共207 m，為使測量深度更大，選擇利用施貝法進行測量，反演后可見深度約為36.9 m，含水層中電阻率值均較低且分布均勻[3]，推斷此處已處于入侵區。

為尋找海水入侵的界面具體位置，繼續向鐵路東側布設測線。測線6總長1 190 m，單位電極距10 m，使用電極120個，電極布設在農田旁，地形平坦順直，采用溫納法測量，反演后可見有效深度達136 m。由高密度電法反演結果，在500～540 m的位置處存在一個較為明顯的楔形入侵界面，此外反演圖像上層也表現為低阻，主要是因為此處農田正在進行灌溉，灌溉用水來自此處偏咸水井的井水，常年的灌溉導致表層也表現為相對低阻[4]。

為對比驗證，在平行于測線6的鐵路線東部重新布設測線7，此處布設測線長890 m，使用電極共90個，單位電極距為10 m，采用溫納法進行測量，反演后可見有效深度為154 m。在此處找到了一個非常明顯的含水層海水入侵界面，位于測線中間360～410 m處。測線尾部也有低阻區，可能是沿著其他方向入侵到此界面的少量咸水[4]。此處地層條件好，電極布設方便，可以作為物探方法海侵界面長期觀測的地點。

隨后布設了一條垂直于平行于海岸線的測線8，垂直于測線5、6、7，沿靠近鐵路線位置布設，平行海岸線的斷面可以監測海水入侵的范圍和深度[5]。這個位置的含水層咸水已經全面入侵，含水層的厚度在地表以下24～70 m。

根據物探現場試驗反演結果，研究內的大清河兩岸附近，海水入侵線已經基本越過鐵路線，到達鐵路線東部地區，入侵最遠距離海岸線約8～8.5 km。大清河的西海攔河閘對海水的入侵具有一定的控制作用，但是影響范圍較小，僅限于距河岸較近的地區。測線8處的海水入侵界面較為明顯，可以作為其中一個海侵物探長期觀測的點。

3 結語

采用高密度電法，模擬研究大清河海水入侵過程，分析大清河以及河道上攔河閘對海水入侵的控制作用。通過分析發現，該區域降雨入滲并沒有使得海水入侵有所回退，主要原因是本地的農業灌溉用水量非常大[6]。農業主要為大棚種植，常年需要大量農業灌溉水，本地農業灌溉用水來源主要為農用水井，雖然各大水源地已經壓采，但農用井的抽水量并未得到控制。