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《莱州湾南岸滨海湿地的退化及其生态恢复、重建研究》篇一一、引言莱州湾南岸滨海湿地，作为我国重要的生态区域，其生态环境的健康与否直接关系到区域生态系统的稳定与可持续发展。
然而，近年来，由于自然和人为因素的共同作用，该地区的湿地出现了明显的退化现象，严重威胁了湿地的生态功能和生物多样性。
因此，对莱州湾南岸滨海湿地的退化及其生态恢复、重建进行研究，具有重要的理论和实践意义。
二、莱州湾南岸滨海湿地退化的现状（一）自然因素莱州湾南岸地区受气候变化的影响，海平面上升、降水量变化等自然因素导致湿地水文条件发生改变，进而影响湿地的生态结构和功能。
此外，海洋污染、海岸侵蚀等自然现象也是导致湿地退化的重要原因。
（二）人为因素人为因素是导致莱州湾南岸滨海湿地退化的主要原因。
过度开发、围海造地、过度捕捞、污染排放等人类活动破坏了湿地的生态环境，导致生物多样性下降，湿地功能减弱。
三、生态恢复与重建的策略与方法（一）生态恢复的原则在莱州湾南岸滨海湿地的生态恢复与重建过程中，应遵循自然恢复为主、人工干预为辅的原则，以恢复湿地的自然生态功能为目标，同时考虑到区域的社会经济发展需求。
（二）具体策略与方法1. 强化法规政策支持：制定和实施相关法规政策，严格控制人为活动对湿地的破坏，保护湿地的生态环境。
2. 实施生态工程：通过建设湿地公园、生态走廊等工程，恢复湿地的生态环境，提高湿地的生态功能。
3. 加强生态教育：提高公众的生态意识，倡导绿色生活方式，减少人为活动对湿地的破坏。
4. 科学研究与监测：加强科学研究，了解湿地的退化机制和恢复过程，同时建立湿地监测体系，实时掌握湿地的生态环境状况。
四、案例分析以某莱州湾南岸滨海湿地为例，通过实施一系列生态恢复与重建措施，如退耕还湿、湿地植被恢复、野生动物保护等，使得湿地的生态环境得到明显改善。
具体表现为植被覆盖率提高、生物多样性增加、水质改善等。
通过该案例的分析，可以看出生态恢复与重建的重要性和可行性。
第３９卷 第４期２０２０年１１月 世 界 地 质ＧＬＯＢＡＬＧＥＯＬＯＧＹＶｏｌ ３９ Ｎｏ ４Ｎｏｖ ２０２０ 文章编号：１００４５５８９（２０２０）０４０９７１０７莱州湾沿岸海水入侵区地下水化学特征李波１，胡舒娅２，赵全升２１ 山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛２６６５９０；２ 青岛大学环境科学与工程学院，山东青岛２６６０７１摘要：对莱州湾沿岸１７４个地下水监测点水化学数据的进行分析，选择Ｃｌ－含量＞２５０ｍｇ／Ｌ作为咸水入侵标准，掌握了目前该区域的海水入侵的范围，并通过绘制水化学类型分区图，详细讨论了研究区浅层和深层地下水的水化学特征。
结果表明，由黄河冲积平原到滨海冲海积平原、由山前冲洪积平原到滨海地带，浅层地下水化学类型由ＨＣＯ３和ＨＣＯ３·Ｃｌ型过渡为Ｃｌ·ＨＣＯ３和Ｃｌ型；从山前冲洪积平原、冲积湖积平原至滨海海积冲积平原，深层地下水水化学类型也由低矿化度的ＨＣＯ３型、ＨＣＯ３·Ｃｌ型转变为高矿化度Ｃｌ·ＳＯ４型和Ｃｌ型。
关键词：莱州湾；海水入侵；地下水；水化学特征中图分类号：Ｐ７１４ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００４ ５５８９ ２０２０ ０４ ０２４收稿日期：２０２０ ０８ １４；改回日期：２０２０ ０９ ０９基金项目：国家自然科学基金项目（４１８７７１９８）通讯作者：赵全升（１９６３—），男，教授，硕士生导师，主要从事海岸带与盐湖地下水方向的研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｑｓｚｈａｏｑｄｕ＠１６３ ｃｏｍＣｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｉｎｃｏａｓｔａｌｓｅａｗａｔｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎａｒｅａｏｆＬａｉｚｈｏｕＢａｙＬＩＢｏ１，ＨＵＳｈｕ ｙａ２，ＺＨＡＯＱｕａｎ ｓｈｅｎｇ２１ ＳｃｈｏｏｌｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５９０，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｃａｌｄａｔａｆｒｏｍ１７４ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｍｏｎｉｔｏｒｓｔａｔｉｏｎｓａｌｏｎｇＬａｉｚｈｏｕＢａｙｈａｓｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ，Ｃｌ－＞２５０ｍｇ／Ｌｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｓａｌｔｗａｔｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，ａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅａｗａｔｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎｓｃｏｐｅｉｎｔｈｉｓａｒｅａｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈａｌｌｏｗａｎｄｄｅｅｐｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｂｙｍａｐｐｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｔｙｐｅｚｏｎｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｆｒｏｍｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒａｌ ｌｕｖｉａｌｐｌａｉｎｔｏｔｈｅｃｏａｓｔａｌａｌｌｕｖｉａｌｐｌａｉｎ，ａｎｄｆｒｏｍｔｈｅｐｉｅｄｍｏｎｔａｌｌｕｖｉａｌｐｌａｉｎｔｏｔｈｅｃｏａｓｔａｌｚｏｎｅ，ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｔｙｐｅｓｏｆｓｈａｌｌｏｗｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍＨＣＯ３ａｎｄＨＣＯ３·ＣｌｔｏＣｌ·ＨＣＯ３ａｎｄＣｌ．Ｆｒｏｍｐｉｅｄｍｏｎｔａｌｌｕｖｉａｌｐｌａｉｎａｎｄａｌｌｕｖｉａｌｌａｃｕｓｔｒｉｎｅｐｌａｉｎｔｏｃｏａｓｔａｌｍａｒｉｎｅａｌｌｕｖｉａｌｐｌａｉｎ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｔｙｐｅｓｏｆｄｅｅｐｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｌｓｏｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍｌｏｗｓａｌｉｎｉｔｙＨＣＯ３ａｎｄＨＣＯ３·ＣｌｔｏｈｉｇｈｓａｌｉｎｉｔｙＣｌ·ＳＯ４ａｎｄＣｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａｉｚｈｏｕＢａｙ；ｓｅａｗａｔｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ；ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ０ 引言海（咸）水入侵是指在自然或人为因素影响下，滨海地下含水层的水动力条件发生改变，破坏了淡水与海水或古咸水之间的平衡状态，导致海水或高矿化咸水沿含水层向内陆方向侵入的过程与现象，以下简称海水入侵［１ ３］。
莱州湾海水入侵的时空演化特征研究的开题报告一、研究背景中国是世界上最大的海岸线国家之一，海洋资源丰富，海洋经济也发展迅速。
然而，随着经济的发展和人口增长，中国沿海地区的海洋环境面临着日益严重的威胁，其中之一就是海水入侵问题。
海水入侵是指海水进入了淡水河流或地下水层，改变了原有的水文环境和水质状况，对生态环境和生物多样性产生了不利影响。
目前，中国沿海地区普遍存在海水入侵问题，重点地区包括山东半岛和南方沿海地区。
莱州湾位于山东半岛东南沿岸，是典型的小型半封闭海湾。
由于湾口开阔，流通性不强，同时湾内不断有河流注入淡水，使得湾内的淡水与海水难以很好地混合，导致湾内潮间带养殖业和滨海农业受到海水入侵的严重威胁。
因此，对莱州湾海水入侵问题的研究具有重要的理论和现实意义。
二、研究目的和意义本研究旨在通过对莱州湾海水入侵的时空演化特征进行研究，探讨其影响因素和演化规律，为制定有效的治理措施提供科学依据，具体研究目的如下：1.分析莱州湾海水入侵的时空演化特征，探讨其影响因素和演化规律；2.研究莱州湾海水入侵对生态环境和生物多样性的影响；3.分析莱州湾海水入侵的治理措施，为制定有效的治理方案提供科学依据。
三、研究内容和方法本研究的主要内容包括：1.收集莱州湾海水入侵的水文、水质、潮位、波浪等基础数据，分析其时空变化特征；2.分析莱州湾海水入侵的影响因素和演化规律，包括海水位变化、降雨量、地下水位、潮汐等因素；3.研究莱州湾海水入侵对生态环境和生物多样性的影响，包括滨海湿地、海藻床、珊瑚礁、生态系统等方面；4.总结莱州湾海水入侵的治理措施，包括养护滨海湿地、建设海岸防护工程、推广海堤养殖等方面。
本研究将采用多元分析方法，如北京市地下水水质影响因素分析、地表水水质影响因素分析、主成分分析、回归分析等，以分析和探讨莱州湾海水入侵的时空演化特征和治理措施。
四、研究进度计划本研究的时间安排如下：阶段一：文献综述、研究设计和方案制定（1个月）阶段二：采集数据、实验室分析和统计方法选择（2个月）阶段三：数据分析和结果解读（3个月）阶段四：撰写论文和论文修改（2个月）五、预期成果根据本研究的研究目的和内容，预期得到以下成果：1.莱州湾海水入侵的时空演化特征和影响因素分析报告；2.莱州湾海水入侵对生态环境和生物多样性的影响评估报告；3.莱州湾海水入侵的治理措施和方案研究报告；4.一篇SCI论文和若干学术论文。
第54卷 第4期 2024年4月中国海洋大学学报P E R I O D I C A L O F O C E A N U N I V E R S I T Y O F C H I N A54(4):106~115A pr .,2024泥质潮滩水盐运移过程电阻率探针高精度监测效果分析❋李明波1,2,张宇丰3,郭秀军3,4❋❋,吴 振1,2,武 斌1,2,马 健1,2,聂佩孝1,2(1.山东省第四地质矿产勘查院,山东潍坊261021;2.山东省地矿局海岸带地质环境保护重点实验室,山东潍坊261021;3.中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;4.山东省海洋环境地质工程重点实验室,山东青岛266100)摘 要: 本研究在莱州湾泥质潮滩开展测试,量化分析了环状电阻率探针监测沉积物电阻率与孔隙水盐度变化的能力,并使用该技术初步刻画了细粒沉积层中水盐运移过程㊂结果表明,环状电阻率探针监测结果可精细描述沉积物电阻率的分布及变化规律;基于监测结果换算的孔隙水盐度变化比与实际孔隙水盐度变化比存在ʃ10%的误差,环状电阻率探针具有粗略定量分析泥质潮滩水盐运移过程的能力;潮汐循环中泥质潮滩地下水水盐运移过程在涨潮时期,高盐度水体主要补给细粒沉积层的顶部与底部㊂高潮时期间,细粒沉积层顶部与底部的盐分逐步丧失,中部水体盐分累积速率加快㊂退潮时期,细粒沉积层盐分整体丧失,高盐度水体通过渗出面向外释放㊂关键词:环状电极电阻率探针;泥质海岸;水盐运移过程;监测效果;盐度变化比中图法分类号: P 345 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2024)04-106-10D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20230008引用格式: 李明波,张宇丰,郭秀军,等.泥质潮滩水盐运移过程电阻率探针高精度监测效果分析[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2024,54(4):106-115.L i M i n g b o ,Z h a n g Y u f e n g ,G u o X i u j u n ,e t a l .H i g h -p r e c i s i o n m o n i t o r i n g e f f e c t a n a l y s i s o f r e s i s t i v i t y pr o b e i n t h e w a t e r a n d s a l t t r a n s p o r t p r o c e s s i n m u d d y t i d a l f l a t [J ].P e r i o d i c a l o f O c e a n U n i v e r s i t y of C h i n a ,2024,54(4):106-115. ❋ 基金项目:山东省第四地质矿产勘查院科技创新项目(K J 2106);山东省地矿局科技公关项目(K Y 202206);潍坊市财政基金项目(S D G P 370700202102000413);山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心(筹)开放基金项目(201703075-57)资助S u p p o r t e d b y t h e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n P r o j e c t o f N o .4E x p l o r a t i o n I n s t i t u t e o f G e o l o g ya n d M i n e r a l R e s o u r c e s o f S h a n -d o n g P r o v i n c e (K J 2106);t h e K e y S c i e n t i f i c a n d T e c h n o l o g i c a l R e s e a r c h P r o j e c t ,S h a n d o n g P r o v i n c i a l B u r e a u o f G e o l o g y &Mi n e r a l R e s o u r c e s (K Y 202206);t h e W e i f a n g F i n a n c i a l F u n d P r o j e c t (S D G P 370700202102000413);t h e O p e n F u n d P r o j e c t o f S h a n d o n g Pr o v -i n c e G r o u n d w a t e r E n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n a n d R e s t o r a t i o n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y Re s e a r c h C e n t e r (201703075-57)收稿日期:2023-01-10;修订日期:2023-03-04作者简介:李明波(1986 ),男,高级工程师,研究方向为区域地质调查与矿产勘查㊂E -m a i l :l i m i n g b o @s d d k s y.c o m ❋❋ 通信作者:郭秀军(1972 ),男,教授㊂E -m a i l :g u o j u n qd @o u c .e d u .c n 泥质海岸是世界重要的海岸类型之一,广泛分布于海湾及河流入海区域㊂当前泥质海岸的关注问题集中在滨海湿地土壤盐渍化以及滨海卤水资源可持续开发上㊂厘清泥质海岸表层细粒沉积层中水体与溶质的分布㊁迁移规律,是解决以上环境及资源问题的基础㊂泥质海岸地下水水文过程模型的建立始于21世纪初,至今仍在修改㊁完善㊂当前研究该问题的主要方法包括地球化学分析㊁数值模拟及原位地球物理调查㊂传统研究主要基于地下水常规离子分析㊁氢氧同位素测试等地球化学分析结果,确定泥质海岸多层含水层系统中水㊁盐的来源,以此为基础建立地下水与溶质的补给模型[1-2];随着算法优化,数值模拟与原位水文观测结合的方法开始用于泥质海岸多层含水层中流场㊁溶质分布及变化规律的研究[3-9]㊂马倩㊁常雅雯与郭雪倩将多层含水层系统中各地层视为均质,初步模拟分析了多层含水层系统中流场与溶质的分布演化过程,评价了弱透水层中天窗区对越流补给的影响,量化了海底地下水排泄通量[5-7]㊂X i n 等[8]与X i a o 等[9]模拟了受生物活动影响更为复杂的地下水循环过程㊂证明了生物通道能够显著促进表层沉积物中海水的循环速率;地球物理电学观测是一类新兴的地下水文过程观测方法,S u 等[10]应用此方法分析了潮汐对泥质海岸沉积物电性的影响,并划分了莱州湾滨海含水层系统中的海水入侵通道㊂F u 等[11]基于电阻率层析成像(E l e c -t r i c a l r e s i s i t i v i t y t o m o g r a p h y,E R T )监测结果,建立了泥质海岸多层滨海含水层系统中的水盐运移模型;张宇丰等[12]基于E R T 与水文参数监测结果,讨论了表层细粒沉积层的渗透性差异对海水-潜水卤水交换过程的影响,初步量化了潮汐循环中多层滨海含水层内发生的盐分通量㊂综上可知,当前已有研究更多关注泥质海岸多层滨海含水层系统,并以此建立大尺度的水盐运移模型㊂事实上,潮间带生卤㊁土壤盐渍化及生物活动的区域多集中在表层细粒沉积层中[9,13-15]㊂在蒸发与潮汐循环4期李明波,等:泥质潮滩水盐运移过程电阻率探针高精度监测效果分析作用下,潮间带细粒沉积层中孔隙水盐度维持在较高水平的动态平衡中,每年每平方千米的表层细粒沉积层可为地下卤水资源补给16万m 3大于10波美度的卤水[15]㊂活跃的生物活动产生的通道能够增大表层细粒沉积物的渗透性与异质性,显著加快海水-地下水的交换速率,不仅为潮间带生卤补给浅层卤水资源提供优先路径,还促进了基质中孔隙水与海水等其他水体间的溶质交换,改变基质中孔隙水盐度,影响土壤盐渍化进程[8-9,11-13]㊂准确㊁细致认识细粒沉积层中水盐运移规律是揭示潮滩生卤补给潜水卤水机制与通量的基础,可为滨海地下卤水资源以及生态环境管理提供理论支持,但目前未有研究能够精细描述潮汐循环中细粒沉积层中水盐的运移过程㊂为精细刻画以上过程,要求监测技术对地下介质变化的反应有较高灵敏度,同时具有较高的空间分辨能力㊂由于不同含盐量沉积物存在明显电性差异,电学监测可基于此物理前提对水盐运移过程进行刻画[16-18]㊂电阻率探针技术在垂直方向上具有较高的分辨能力,其还能避免E R T 监测随探测深度增加探测灵敏度下降的缺点㊂目前电阻率探针技术主要应用于海底水土界面划分[19]㊁海洋土蚀积过程监测[20-21]㊁海底浅层气迁移过程监测[22-23]以及土壤盐渍化监测[24],但目前尚未对电阻率探针监测泥质潮滩水盐运移过程的能力进行分析㊂本研究选取莱州湾南岸泥质潮滩为研究区开展工作,分析环状电阻率探针(R i n g e l e c t r o d e r e s i s t i v i t ypr o b e ,R E P )监测潮汐过程表层细粒沉积物中水盐运过程的灵敏度,评价依据孔隙水盐度变化比量化分析孔隙水盐分累积与释放过程的误差,并基于R E P 监测结果初步描述潮汐过程中泥质海岸表层细粒沉积层中的水盐运移过程㊂1 研究区概况研究区位于中国山东省莱州湾南岸的淤泥质海岸㊂该区域地形平缓,平均坡度小于千分之三(<3ɢ),宽阔的潮滩向莱州湾内延伸5~20k m ,平均水平水力梯度1.64%,地下潜水位高程约为-0.8m [25-26]㊂该区域地层自上而下可分为表层细粒沉积层㊁潜水卤水层㊁弱透水层及承压卤水层四层,分别为厚约4~5m 的粘质粉土层;厚约6~8m 的中细砂层;厚5~7m 的粘质粉土层;中砂层与细砂层[26-28]㊂图1 研究区位置㊁工作布设位置及地质钻孔柱状图F i g .1 L o c a t i o n ,w o r k i n g p o i n t a n d g e o l o g i c a l c o l u m n s o f s t u d y ar e a 研究区潮汐属于不规则半日潮,平均潮差约为0.9m ,平均涨潮时间382m i n ,平均落潮时间366m i n㊂莱州湾南岸属暖温带大陆性季风气候,年均降雨量和蒸发量分别为559.5和1936.7m m [26],蒸发作用强烈㊂莱州湾海域自上更新世以来经历了三次海侵与海退,在滨海含水层系统内形成了水平带状分布的三至五层卤水㊂位于顶部的潜水卤水T D S 值在50~140g /L 之间[26,29]㊂2 工作布设与方法2.1R E P 参数设置及电阻率计算方法本研究中使用的环状电极探针总长4m ,数据采集段长3.45m ,24个不锈钢电极环(C 1 C 24)等间距分布,电极极距a 为0.15m ,电极环半径b 为0.03m ,装置示意图与实物图见图2㊂电学测量选用W e n n e r 排列,数据采集时两个供电电极发射电流,形成电场,电701中 国 海 洋 大 学 学 报2024年场大小正相关于供电电极间的距离,环电极探针所测电阻率数据为电场范围内介质整体的电阻率,根据W e n n e r 排列测量原理,有效测量半径为1.5倍的极距,即0.225m ㊂测量仪器为G e o pe n 公司生产的E 60D N 分布式电图2 R E P 监测系统示意图(a )及R E P 探杆实物图(b)F i g .2 S c h e m a t i c d i a g r a m o f R E P m o n i t o r i n gs y s t e m (a )a n d R E P p h y s i c a l ph o t o (b )法仪及多电极智能电缆㊂使用12V 直流电源对测量仪器及主机供电㊂测量供电时长为1s ,电流大小为1A ㊂每次测量分别以C i 与C i +3为供电电极A ㊁B ,以C i +1与C i +2为测量电极M ㊁N (i 为测量次数)㊂测量时记录电位差ΔV i 与电流I i ,基于公式(1)可计算得到细粒沉积层不同深度位置的沉积物电阻率ρi[23]㊂ρi =π2b ΔV iI il n 4a +2πb 4a +πb-1㊂(1)2.2R E P 测量精度验证分别在淡水及海水环境下测试R E P 测量精度㊂使用自来水与自配高盐度水(盐度为30)分别模拟淡水环境与海水环境㊂淡水及海水电阻率分别为23.64与0.251Ω㊃m ㊂使用R E P 测量不同环境中介质电阻率,每类环境中重复试验3组,取三组试验的均值与介质电阻率实测值对比,分析R E P 装置自身的测量误差㊂图3显示了两个R E P (R 1与R 2)在淡水及海水环境中的测量误差㊂在淡水环境中,R E P 的测量误差区间在ʃ1%之内;在盐度较高的海水环境中,电极受极化影响程度升高,R E P 测量误差区间虽有增大但未超过ʃ3%,约1/2的数据点落在误差区间ʃ1%之内㊂因此R E P 基本能够满足在不同类型地下水环境中开展监测工作的测量精度要求㊂图3 不同环境中两个R E P (R 1与R 2)测量误差图F i g .3 E r r o r d i a gr a m o f t w o R E P m e a s u r e m e n t s (R 1&R 2)i n d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s 8014期李明波,等:泥质潮滩水盐运移过程电阻率探针高精度监测效果分析2.3R E P 原位布设及数据采集方法在距离G 1点80及110m 位置分别布设电阻率探针R 1和R 2,具体点位如图1所示㊂采用旋转贯入的方式将电阻率探针置入沉积物中㊂装置布设完成后需稳定1周再进行测量㊂在单个潮汐循环内的不同潮时(a ㊁b ㊁c 与d 时刻)开展测量工作(测量时刻见图4)㊂a 与d 时刻海水未覆盖潮滩;b 与c 时刻,海水覆盖潮滩㊂每组测量工作总时长约为70s㊂图4 R E P 测量时刻及潮位信息F i g.4 R E P m e a s u r e m e n t t i m e a n d t i d e l e v e l 本研究利用重复测量与互异性测量的方法评估电阻率测量误差[30]㊂在不同潮时的测量工作包含2次顺序测量(重复测量)及1次逆序测量(互异性测量)㊂理论上,供电电极次序互换以及测量电极次序互换不会使某一位置处R E P 测量电阻率数值发生改变㊂在本次原位监测中,重复测量㊁互异性测量结果与三次测量结果均值的误差均在ʃ2.5%之内㊂本次研究最终采用三次测量结果的均值㊂2.4沉积物物理关系泥质潮滩沉积物中黏粒含量较高,表面电导率与孔液电导率会同时影响沉积物电阻率ρ[31]㊂N g u ye n 等人和S h a o 等人提出的阿尔奇公式的变形可分离表面电导率及ρw 对ρ影响,从而建立孔隙水电阻率(ρw )与ρ的关系[32-33]:1ρ=1F 'ρw+b ㊂(2)式中:F '为有效地层因子;b 为表面电导率对ρ的贡献,与流体电导率无关㊂莱州湾南岸泥质潮滩表层沉积物F '为2.5,b 为0.335[12]㊂代入公式(2)可建立ρ与ρw 的关系㊂2.5孔隙水盐度变化换算方法孔隙水盐度S 可依据M a n h e i m 公式(3)[34]由ρw换算得到,ρw 则是基于R E P 测量得到的ρ与沉积物物理关系换算得到:S =k ˑρ-1.0233w㊂(3)孔隙水盐度变化情况由相邻观测时刻的孔隙水盐度变化比(δS )体现,计算公式如下:δS =S t -S 0S 0㊂(4)式中:S 0为前一时刻孔隙水盐度;S t 为后一时刻孔隙水盐度㊂结合公式(3),(4),可将R E P 探测的ρ转化为孔隙水盐度变化比δS R E P :δS R E P =ρ-1.0233w t -ρ-1.0233w 0ρ-1.0233w 0㊂(5)式中:ρw 0为前一时刻ρ换算所得的ρw ;ρw t 为后一时刻ρ换算所得的ρw ㊂3 结果与讨论3.1R E P 探测细粒沉积物电阻率能力评价图5(a )显示了涨潮过程表层细粒沉积物ρ的变化情况㊂距离岸线不同位置的测量结果呈现出相近的分布及变化规律㊂a 时刻,自滩面向深部ρ逐渐降低,在高程-0.825~-2.475m 之间ρ稳定在0.68Ω㊃m 左右㊂在-2.475m 以深区域,由于接近潜水卤水层的顶界,ρ逐步降低;b 时刻,海水淹没潮滩,在高程-0.825m 以浅区域ρ显著降低(由0.82Ω㊃m 降低至0.63Ω㊃m ),在高程-0.825~-2.475m 之间ρ降低幅度较小,但在-2.475m 以深区域ρ降低幅度再次升高㊂图5(b)显示了退潮过程表层细粒沉积物ρ的变化情况㊂退潮过程中ρ整体升高(由0.63Ω㊃m 升高至0.7Ω㊃m ),在细粒沉积层顶部与底部ρ升高趋势显著㊂此外,在R 1测点高程-1.425m 处与R 2测点高程-1.725m 处,分别存在局部ρ显著升高区域㊂R E P 监测结果显示,表层细粒沉积物电阻率随深度加深发生复杂的变化㊂细粒沉积层的浅部与深部易受到海水以及深层卤水的影响,在潮汐循环中ρ出现了更大的波动㊂由于该区域沉积物渗透性普遍较低(10-7~10-6m s -1)[12],细粒沉积层中部的ρ波动幅度较小㊂在相同研究区㊁相同季节中,F u 等人使用E R T 技术观测到表层细粒沉积物ρ的波动范围为0.47~0.91Ω㊃m [11]㊂本次研究中R E P 测量ρ的波动范围(0.54~0.83Ω㊃m )与F u 等人基本一致㊂但R E P 监测结果与E R T 监测数据反演结果相比,前者数据点数量在垂向上更密集(21个v s 4个),垂向分辨率更高,ρ在垂直方向上具有更复杂的分布规律(见图5)㊂这说明虽然E R T 技术在水平方向上具有较高分辨能力,且E R T 与R E P 监测技术均能够准确㊁灵敏的捕捉到介质性质的改变,但在垂直方向上E R T 技术难以捕捉更细致的规901中 国 海 洋 大 学 学 报2024年图5 涨潮过程(a )及退潮过程中表层细粒沉积物电阻率变化规律(b)F i g .5 R e s i s t i v i t y v a r i a t i o n o f s h a l l o w f i n e -g r a i n e d s e d i m e n t s d u r i n g ri s e t i d e (a )a n d e b b t i d e (b )律㊂因此单纯采用E R T 数据对地下水水文过程进行分析时,可能由于数据垂向分辨率较低,难以对水盐运移过程做出精确解释㊂在未来分析泥质潮滩水盐运移过程时,可以采用E R T 与R E P 综合调查的方法,并依据研究尺度以及数据采集所需时长综合确定R E P 电极间距等其他测量参数,以达到调查㊁研究所需的期望分辨率㊂3.2δS R E P 准确度分析将不同潮时R E P 测量的ρ依次代入公式(2)建立的ρ与ρw 关系式中,计算得ρw (见图6)㊂再将相邻时刻的ρw 代入公式(5),计算得到涨潮过程㊁高潮时与退潮过程中的δS R E P (见图7)㊂随后将相邻潮时,各监测点位不同高程处(高程-0.14,-1.14及-2.14m )孔隙水样品实测盐度(S )代入公式(4),计算得到涨潮过程与退潮过程中实测孔隙水盐度变化比δS P (见图7)㊂最后将涨潮过程与退潮过程中的δS P 与相近高程范围内的三个δS R E P 数据均值δ S R E P 做对比(见图7,9),分析δS R E P 的准确度㊂图7显示,在不同高程位置处,δS P 与δS R E P 的数值大小基本一致㊂图8显示了δS P 与δ S R E P 数据关于δ S R E P =δS P 的拟合情况㊂其中R 2为0.9297,因此δ S RE P 能够基本准确反映孔隙水盐度的实际变化情况㊂图6 涨潮过程(a )及退潮过程(b )中沉积物电阻率ρ换算孔隙水电阻率ρw 的结果F i g .6 R e s u l t s o f c o n v e r t i n g ρi n t o ρw d u r i n g r i s e t i d e (a )a n d e b b t i d e (b )0114期李明波,等:泥质潮滩水盐运移过程电阻率探针高精度监测效果分析图7 潮汐过程δS R E P ㊁δS P 的对比结果F i g .7 ρw c a l c u l a t i o n r e s u l t s a n d δS R E P ㊁δS P c o m p a r i s o n r e s u l t s d u r i n g t i d a l c y c l e R E P 探测所得ρ经过拟合式与公式(5)转换的δS R E P 与实际的孔隙水盐度变化比(δS P )存在ʃ10%的误差㊂涨潮过程,孔隙水盐度升高,δS R E P 与真实值相比普遍偏小,约为0.9~1倍的δS P ;退潮过程,孔隙水盐度降低,δS R E P 与真实值相比普遍偏大,约为1~1.1倍的δS P ㊂依据以上R E P 探测方法及数据处理方法所得孔隙水盐度变化比,在定量分析孔隙水盐分释放与累积过程方面具有较高的可信程度㊂结合装置测量精度验证结果可知,造成这种误差的因素有多种,包括装置自身误差(ʃ3%),测量误差(ʃ2.5%)以及依据沉积物物理关系将ρ换算为ρw 所产生的误差㊂当进行区域孔隙水盐通量计算,特别是涉及大范围区域盐通量量化分析时(例如潮滩生卤产生盐分总量评价㊁滨海卤水111中 国 海 洋 大 学 学 报2024年资源盐分开采总量评价等),为避免产生较大误差,可结合原位实测孔隙水盐度变化,修正基于R E P 测量值计算的δS R E P㊂图8 δS P 与δ S R E P 的关系及误差区间F i g .8 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n δS P a n d δ S R E P an d e r r o r i n t e r v a l 3.3基于R E P 探测结果的泥质潮滩细粒沉积层中水盐运移过程评价当前研究认为,泥质潮滩中分别存在细粒沉积层的盐分累积区和盐分释放区,各区域分布范围在短期内不会随潮位升降发生明显改变㊂潮汐过程中,潮滩大部分区域细粒沉积层深部的等效水头高于浅部,这意味着泥质潮滩大部分区域以地下水排泄释放盐分为主[6-7];在泥质潮滩局部存在高渗透性区域(10-4~10-5m /s),例如生物活动产生的洞穴集群分布区,在该区域主要发生高盐度海水与地下卤水的交换,当海水淹没滩面后,细粒沉积层将接受大量盐分补给[8-9,11-12]㊂周期性发生的风暴潮作用与旱季强烈的蒸发作用是细粒沉积层中孔隙水盐分再分配的重要因素[12,26]㊂然而本次调查研究结果显示(见图7),在细粒沉积物垂向渗透系数(10-6~10-7m /s)较低的区域内,高盐度海水与地下卤水仍能够在涨潮阶段补给细粒沉积层,补给的盐分会在退潮过程中释放㊂这意味着潮汐即为调控细粒沉积层中水盐再分配的重要因素,泥质潮滩中各区域均会随潮汐涨落发生盐分的累积与释放,其水盐运移过程如下㊂涨潮过程中(见图7(a )㊁(a ')),细粒沉积层累积盐分,其顶㊁底部盐分累积量较高㊂由滩面向细粒沉积层顶部补给的盐分主要来自蒸发盐的溶解下渗㊂上涨的海水携带滩面蒸发浓缩的盐分,通过表层沉积物中密集分布的生物通道向细粒沉积层中运移[9,12-13,26];从细粒沉积层底部向其内部补给的盐分主要来自越流的地下卤水㊂该区域浅层卤水水位高程高于细粒沉积层底面,具有微承压水性质㊂随潮位升高,浅层地下水水位随之升高,进一步促进了卤水自细粒沉积层底部向其内部补给[7]㊂对比细粒沉积层顶部与底部区域的ρw与δS R E P 可知,涨潮期间细粒沉积层中的盐分更多来自滩面的高盐度水体㊂高潮时期间(见图7(b )㊁(b ')),细粒沉积层顶㊁底部从累积盐分转变为释放盐分,沉积层中部区域开始快速累积盐分㊂在本阶段内,在滩面累积的蒸发盐被海水溶解稀释,海水盐度逐步降低㊂受此影响,细粒沉积层顶部孔隙水盐分通过滩面向海水中释放,另一部分盐分向细粒沉积层中部运移;地下卤水水位在本阶段持续升高但盐度降低,受此影响,细粒沉积层底部的盐分开始向卤水层中释放,另有一部分盐分在竖直向上的流场驱动下向细粒沉积层中部运移[6-7]㊂退潮过程中(见图7(c )㊁(c ')),细粒沉积层整体丧失盐分,其顶㊁底部的盐分释放速率小幅度升高,而中部区域盐分释放速率显著提升㊂随着潮位下降,海水从滩面快速退去,渗出面在潮滩范围内大面积发育,同样在竖直向上的流场驱动下,大量高盐度孔隙水通过潮滩渗出面向外排泄[5,12]㊂与已建立的水盐运移过程模型相比[6-9,11-12],本研究刻画的潮汐作用下泥质潮滩细粒沉积层水盐运移模型更符合实际情况㊂其体现在泥质潮滩各个区域中的孔隙水盐度不会随时间变化而无限制升高或降低,而在本研究刻画的水盐运移模型中,不同深度细粒沉积层中孔隙水普遍经历了盐分累积与丧失过程(见图7)㊂这主要得益于R E P 监测技术较高的时空分辨率㊂4 结论本研究基于原位测试结果,分析了R E P 监测技术对泥质潮滩细粒沉积物中孔隙水盐度变化的分辨能力,初步细致刻画了泥质潮滩细粒沉积层中水盐运移过程,所得主要结论如下:(1)R E P 监测结果能够准确反映泥质潮滩沉积物电阻率随潮汐涨落的变化㊂R E P 技术比E R T 技术拥有更高的垂向分辨能力,可捕捉到更细致的垂向电阻率分布及变化规律㊂将E R T 与R E P 监测技术结合可实现区域水盐运移过程精细刻画㊂(2)δS R E P 与δS P 存在ʃ10%的误差㊂造成该误差的原因包括系统自身误差,测量误差以及依据沉积物物理关系将R E P 测量的ρ换算为ρw 所产生的误差㊂虽然以上误差的存在对粗略定量分析细粒沉积层中水2114期李明波,等:泥质潮滩水盐运移过程电阻率探针高精度监测效果分析盐运移过程的影响不大㊂但应用该方法量化分析大范围区域的地下水盐通量时,需结合实测孔隙水盐度变化,修正基于R E P测量值计算所得δS R E P㊂(3)潮汐循环中细粒沉积层内水盐运移过程如下:涨潮时期为细粒沉积层顶㊁底部累积盐分的主要阶段㊂高盐度水体分别通过滩面入渗及浅层卤水越流的途径向细粒沉积层中补给;在高潮时期间,受盐度降低的海水与卤水影响,细粒沉积层顶㊁底部的盐分开始逐步丧失,但沉积层中部孔隙水盐分累积速率加快;退潮时期为细粒沉积层盐分丧失阶段,在竖直向上的地下水流场驱动下,高盐度水体通过潮滩渗出面向外释放㊂参考文献:[1] W o o d W W,S a n f o r d W E,H a b s h i A R S A.S o u r c e o f s o l u t e s t o t h e c o a s t a l s a b k h a o f A b u D h a b i[J].G e o l o g i c a l S o c i e t y o f A m e r i c aB u l l e t i n,2002,114(3):259-268.[2] H u s s a i n M,A l-S h a i b a n i A,A l-R a m a d a n K,e t a l.G e o c h e m i s t r ya n d i s o t o p i c a n a l y s i s o fb r i n e s i n t h ec o a s t a l s a b k h a s,E a s t e r n r e-g i o n,K i n gd o m o f S a u d i A r a b i a[J].J o u r n a l o f A r i d E n v i r o n me n t s, 2020,178:104142.[3] M a Q,L i H,W a n g 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基于水化学与地球物理法的莱州湾南岸海（咸）水入侵勘查莱州湾是中国东部近海地区最大的浅海湾之一。
莱州湾南岸地区由于地处湿润气候与平原地貌之间，导致地下水资源丰富。
然而，近年来该地区逐渐出现海水入侵现象，给当地居民的生产与生活带来了巨大的影响。
因此，为了更好地了解该地区海水入侵的发生原因及其规模，需要进行水化学与地球物理勘查。
首先，水化学勘查可以通过分析地下水的物理化学性质，确定地下水的来源及水文地质条件，为海水入侵分析提供基础数据。
根据地下水的水化学成分和盐度变化规律，构建出淡水和咸水边界，并初步判断咸水入侵的范围和程度。
选取莱州湾南岸地区不同深度的地下水取样，通过pH值、电导率、溶解固体、总硬度等指标进行物理化学分析。
对于超纯水和纯水，pH值的范围应该在6.5-8.5之间。
而对于含有大量硝酸根等污染物的地下水，pH值可能会偏酸性。
盐度是另一个重要指标，可以反映地下水与海水的混合程度。
在确定淡水咸水交界面时，最重要的是监测电导率值的变化情况。
溶解固体（TDS）的含量也可以用来反映地下水和海水的混合。
TDS可以通过电导率转换成盐度值，为后续勘查提供客观依据。
其次，地球物理勘查可以通过测量地下电性和密度参数，实现对地下水分层及地下水与咸水的混合情况的充分了解。
其中，采用非侵入性方法测量地下电性可直接探测土壤或岩石内部的电学性质。
地球物理法是通过不同物质在地球重力场和电磁场作用下的物理性质差异，来探测各种地下体积的空间分布。
这种方法适用于不同岩土地层中地下水的探测。
其中电法中最主要的是直流电法和交流阻抗法。
直流法可适用于一些著名研究和应用中的请况，而交流阻抗法对抗干扰和提高精度等方面具有突出优势，其特点是数据可靠、仪器简单、精度高且岩石类别通用。
总之，通过水化学与地球物理勘查的分析，可以初步确定海水入侵的范围和规模。
通过分析勘查所得的数据，可筛选出最优的调查方法，避免不必要的资源浪费，帮助解决地下水污染等问题。
莱州湾南岸海水入侵变化趋势及成因分析刘莹1, 2, 姜锡仁1, 2, 王兴1, 2, 李保磊1, 姜欢欢1(1. 国家海洋局北海环境监测中心, 山东青岛 266033; 2. 山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室, 山东青岛 266033)摘要: 为了探讨滨海经济快速发展形势下莱州湾南岸海水入侵范围变化及其控制因素, 利用2011—2015年4月份(枯水期)莱州湾南岸地下水潜水层TDS(可溶性固体总量)、Cl–质量浓度连续监测数据, 结合历史资料, 分析莱州湾南岸海水入侵分布特征。
结果表明, 近5年来研究区地下水Cl–质量浓度均值为13.4 g/L, 呈由岸向内陆快速减小趋势; 研究区海水入侵呈带状分布, 2015年入侵线向内陆伸入超过45 km, 入侵范围较1980年向陆扩张约11~30 km。
通过对比分析得出, 研究区年均降雨量、地下水位埋深及地下水超采面积与海水入侵面积呈显著线性相关, 发现持续干旱气候、地下淡水超采是导致海水入侵扩张的主要因素, 卤水开发、海水养殖及莱州湾沿岸河流拦蓄工程进一步导致海水入侵的加剧。
关键词: 莱州湾; 海水入侵; 降雨量; 地下水超采中图分类号: P641 文献标识码: A 文章编号: 1000-3096(2018)02-0108-10DOI: 10.11759/hykx20170111002世界上超过60%的人口居住在海岸带地区, 受海平面上升、降雨量减少等自然因素及不合理人类活动工程、超采地下水等人为因素影响, 海水入侵是个全球性普遍问题[1-2]。
特别是在干旱、半干旱气候条件下, 地下水为主要或唯一供水来源地区, 海水入侵尤为严重。
海水入侵一旦发生就会使得地下水中矿化度不断升高, 最终引起地下水水质恶化, 淡水资源短缺, 导致海岸带生态系统衰退[3-4]。
莱州湾南岸海水入侵程度和范围为我国环渤海地区最严重的区域, 海水入侵面积由20世纪90年代的435 km2快速扩张至2007年的2 500 km2[5-6]。
