海水入侵防治研究与实践进展
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我国大连市海水入侵现状及防治对策我国北方重要的港口城市大连市,是处于三面靠海的半岛地理环境,也是一个水资源最紧缺的城市之一。
自七十年代开采地下水以来就出现了海水入侵问题,目前此问题仍困绕着大连的经济发展,急需对重点灰岩地段建地下岩溶水库,同时对裂隙水采取封截、合理布井等综合方法去治理海水入侵。
因此,治理海水入侵问题是大连市当前急需解决的问题。
很多专家在总结国内外海水入侵概念的基础上,对其给出了完整的定义描述,即:在自然或人为因素的影响下,使滨海地带含水层的水动力条件发生了改变,淡水与海水之间的平衡状态发生了变化,导致海水与淡水有直接水力联系的高矿化度的地下水沿含水层向内陆方向侵入,咸淡水界面不断向陆地推进,使地下淡水资源不断遭受破坏的过程与现象。
并且详细分析了大连市海水入侵的基本特征及分布、海水入侵形态、海水入侵的进程及趋势、海水入侵的成因及所造成的危害等。
分析表明大连市海水入侵形态基本有以下三种方式:面状侵入、线状侵入、溶洞状侵入。
海水入侵的趋势为:海水入侵面积有小;大→小→大的变化规律:海水入侵的成因是具有了水动力条件和水文地质条件,而人为的改变地下水动力条件是发生海水入侵的主要原因。
海水入侵给工农业生产及人民生活均造成了较大的影响,成为制约大连市经济发展的主要因素。
大连海水入侵现状:大连市海水入侵重点监测区面积972.8 km2,2003年入侵面积已达178.5km2,最大入侵内陆距离为9km,其中入侵比较严重的有大魏家、周水子、南关岭、营城子、金州等地段,入侵面积分别达到本地段面积的46.11%、37.01%、33.28%、24.31%和22.06%。
2003年从Cl-取样分析看,113个样中Cl-超标率(含量大于250mg/l)为32.74%。
同时,Cl-含量大于500mg/l达到22个点,大于1000mg/l的点为12个点。
海水入侵平面分布特征:由于海水入侵程度受多种因素控制,根据不同的水文地质单元将大连地区的南部海水入侵划分为不同的地段研究,从平面上可分为大莲泡、大魏家、金州、革镇堡、南关岭、营城子、周水子、开发区等地段。
海水入侵防治对策经过多年来的探索和实践,山东省滨海平原各地市已逐步摸索出一些切实可行的海水入侵防治工程和技术,包括开源节流工程、防潮堤工程、地下水回灌工程、淡水帷幕工程、河口地下坝工程、潮间带抽咸养殖工程及微咸水综合利用技术等。
1、开源节流工程开源就是继续挖掘当地降水和雨洪水资源、适当引调客水资源;节流就大搞节约用水,包括农业灌溉节水、工业节水和生活节水等。
这一工程类型,紧扣海水入侵发生的实质,通过增加水资源量、改变供水结构来预防和缓解海水入侵。
山东省滨海地区降雨多以暴雨形式出现,全年降雨有70%集中在汛期的2-3月时间内,而汛期降雨中的2/3又集中在几场暴雨之中,加之滨海河道源短流急,河水特别是洪水拦蓄利用率低,约30~40%。
因此,在河道上、中游地段兴建水库、闸、坝等工程具有拦蓄雨洪水资源、增加可供水量的功效。
另外,有些地区还开展了人工增雨作业,进一步开发开空雨水,年降水量增加20~40mm。
在开源的同时,各地市还积极建设节水工程。
由于农业用水量约占总用水的70%左右,成为节水的重点,包括渠道衬砌、低压管灌、喷灌、滴灌等工程类型,发展节水农业的地区灌溉水综合利用系数提高15~25%。
工业方面,主要是提高水资源重复利用率和污水处理及回用率,从而达到降低单位产值的水耗。
生活方面,则以推广使用家庭节水器具为主,注重通过各类宣传活动提高社会节水意识。
2、防潮堤工程从历史资料看,山东省每次海潮发生,影响范围近者一般在5km左右,远者可达60km,给该范围内工、农业生产造成了严重的损失。
而每逢海潮危害,河水顶托现象严重,形成河水顶托倒灌现象。
因此,修筑防潮堤工程防止风暴潮灾、修建防潮闸防止海水上溯倒灌是非常必要的。
早在上世纪70年代中期,沿海地市就陆续兴建了一批防潮坝或防潮闸、堤工程。
如莱州市在108 km的海岸线上,建设了4处防潮堤长57km。
昌邑、寿光、寒亭等地也修建了防潮大堤,对防止风暴潮害起到了重要作用。
海洋环境污染防治技术研究I. 介绍海洋是地球上最大的生态系统之一,维持着全球的生态平衡和环境稳定。
然而,随着工业、城市化和农业的发展,海洋环境面临着越来越多的威胁。
海洋环境污染成为全球共同面临的挑战之一。
本文将介绍海洋环境污染防治技术的研究现状和发展方向。
II. 海洋环境污染的类型1. 化学污染:化学物质的进入会对海洋生态系统造成损害,如海洋酸化、水下噪声、油污染、废水排放等。
2. 物理污染:来自工业和城市的废气和废水排放,导致海水温度上升、海平面上升、风暴潮、洪水等现象,对生态系统造成损害。
3. 生物污染:生物入侵和捕捞过度导致海洋生态系统失衡,对海洋生态系统的稳定性造成威胁。
III.海洋环境污染防治技术的研究现状1. 治理技术:开发适用于海洋环境的污染治理技术,包括物理、化学和生物治理方法。
物理方法包括沉淀、过滤、吸附剂等;化学方法包括氧化还原、催化剂等;生物方法包括微生物技术、逆境植物等。
2. 生态修复技术:采用植物、微生物、海洋生物等的生态修复技术,促进海洋生态系统的恢复和稳定。
3.信息技术:通过建立海洋环保信息平台,对海洋环境污染的情况进行监测、预报和指导,并为污染治理提供技术支持。
IV. 海洋环境污染防治技术的发展方向1. 创新技术的发展:新技术的开发需要在不断的研究和探索中实现突破,如可持续能源技术、新型净水技术等。
2. 法律法规的完善:加强海洋污染防治法律法规的制定和完善,实现对环境污染的严格监管和治理。
3. 国际合作的加强:海洋环境是全球共享的资源,需要强化国际合作,共同推进海洋环境污染防治技术的研究和应用。
V. 结论海洋环境污染是全球面临的一项重大挑战,需要不断地创新和探索。
海洋污染防治技术的研究和发展,需要多方合作、共同推动,坚持可持续发展理念,实现海洋生态系统的可持续发展和保护。
海洋环境治理技术的前沿研究海洋,占据了地球表面约 71%的面积,是生命的摇篮,也是人类赖以生存和发展的重要空间。
然而,随着人类活动的不断加剧,海洋环境面临着越来越多的挑战,如海洋污染、生态破坏、物种灭绝等。
为了保护海洋生态系统,维护海洋环境的健康和可持续发展,海洋环境治理技术的研究成为了当今科学界的热门领域。
本文将对海洋环境治理技术的前沿研究进行探讨。
一、海洋污染治理技术(一)海洋石油污染治理技术石油是海洋污染的主要来源之一。
当石油泄漏到海洋中时,会形成油膜,对海洋生态系统造成严重的破坏。
目前,海洋石油污染治理技术主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法主要是通过围油栏、撇油器等设备将石油从海面上收集起来。
这种方法适用于大面积的石油泄漏,但对于小面积、分散的石油污染效果不佳。
化学法是通过使用化学药剂将石油分解或乳化,使其更容易被清除。
然而,化学药剂可能会对海洋环境造成二次污染,因此在使用时需要谨慎。
生物法是利用微生物对石油进行降解。
一些微生物能够以石油为碳源和能源进行生长和代谢,从而将石油分解为无害的物质。
生物法具有环保、经济等优点,但降解速度相对较慢。
(二)海洋塑料污染治理技术塑料垃圾是海洋污染的另一个严重问题。
据统计,每年有数百万吨的塑料垃圾进入海洋,对海洋生物和生态系统造成了巨大的威胁。
目前,海洋塑料污染治理技术主要包括清理技术和降解技术。
清理技术包括使用海洋垃圾收集设备、渔网等工具将塑料垃圾从海洋中打捞起来。
然而,这种方法只能清理部分塑料垃圾,对于已经分散在海洋中的微小塑料颗粒效果有限。
降解技术是通过开发可降解塑料或利用微生物降解塑料来解决塑料污染问题。
可降解塑料在特定条件下能够自然分解,减少对环境的影响。
微生物降解塑料则是利用一些特殊的微生物分泌的酶来分解塑料分子,但目前这一技术仍处于研究阶段。
二、海洋生态修复技术(一)珊瑚礁修复技术珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,但由于全球气候变化、海洋酸化、过度捕捞等因素的影响,珊瑚礁面临着严重的退化和破坏。
海水入侵对沿海地区的危害及防治对策摘要:本文通过分析海水入侵对淡水资源、工农业生产、生态环境和人民健康的危害的基础上,提出了加强海水入侵的监测和研究、采取行政、经济和工程技术措施防治以及加强舆论宣传等防治海水入侵的有效对策。
关键词:海水入侵;发展;影响从20世纪初欧洲首先发现海水入侵至今,有人类居住的五大洲先后都发生了海水入侵,而我国也于1964年在大连首次发现了海水入侵,目前,全国沿海各省市均不同程度得发生了海水入侵。
海水入侵给沿海地区的工农业带来了巨大的损失,影响了沿海地区人民的身体健康和生活水平,甚至制约了当地经济社会发展。
广义的海水入侵又称为“咸水入侵”(salinity intrusion),是指由于自然(干旱、海平面上升、潮汐等)或人为(地下水超采、海水养殖、盐田等)因素的影响下导致地下含水层动力条件发生改变,地下水含盐量升高至危害程度的现象。
狭义的海水入侵(seawater intrusion)是指在沿海地区,由于大量开采地下水导致地下水位大幅度下降,使淡水与海水之间的动态平衡遭到破坏,海水侵入沿岸含水层并逐渐向内陆渗透的水文地质作用。
本文所提及的海水入侵主要是指狭义的海水入侵[1]。
一、海水入侵原理及标准根据吉本—赫兹伯格原理,海水入侵的基本原理如图1。
图1 吉本—赫兹伯格界面模型图当咸淡水界面上某点在静压力下达到平衡时,海水面到改点淡水深度区Z 与海平面以上的淡水高度hf存在如下关系[2]:根据计算结果,以海平面为界,海平面以下淡水厚度应是海平面以上淡水厚度的40倍。
当hf减少(即水位下降)1个高度单位时,则Z减少(即咸淡水界面上升)40个高度单位。
也就是说,地下水的一个小幅度下降,就会引起咸水体向淡水体一个较大幅度的推进。
氯离子是海水中最主要的稳定常量元素,因此,海水入侵的主要标志就是地下水中氯离子含量明显升高。
根据世界卫生组织制定的饮用水水质标准,以氯离子含量标准小于等于250mg/L(GB5084-92)作为判断海水入侵金额面的标准[3]。
海水入侵防治研究与实践进展李福林1,2 赵德三3陈学群2 王永吉4(1.中国海洋大学地球科学院;2.山东省水利科学研究院;3.山东省农业委员会;4.国家海洋局第一海洋研究所)摘要:中国海水入侵的防治在近30年内经历了调查研究、试验探索和全面实施等三个历史阶段,取得了在河口海岸地区和潜水含水层地区海水入侵防治的成功实践经验,但目前对于承压含水层和多层含水层地区海水入侵的防治,尚缺乏有效的理论指导和实践示范。
近年来沿海地区兴起的填海造陆式的防潮工程、河口地下坝工程以及潮间带抽取地下咸水养殖技术等新型的防治工程,是否会对海岸环境产生负面影响,需要进一步的跟踪监测研究。
借鉴国际上海岸生态恢复”和“河流生态恢复的先进理念,我们提出海水入侵的生态防治理论,应当是今后海水入侵防治的实践方向,需要作进一步的理论完善和工程技术储备工作。
关键词:海水入侵防治理论与实践生态恢复海水入侵是海岸地区的普遍问题[1],国际上海水入侵的研究经历了静力学、渗流动力学和渗流-弥散动力学等研究阶段[2],学术研究的领域也从原来单纯的对咸淡水界面模型的模拟,发展到包括海水入侵的的基本理论、数值模型、水文地球化学和环境同位素、研究和调查方法、防治和减缓对策、生态影响、全球气候和海面变化影响等多个方面[3,4]。
中国的海水入侵的研究领域主要集中在咸淡水界面运移模型(范家爵1988,吕贤弼1991,薛禹群等1991,艾康洪 1994,李国敏 1995,袁益让等1996,陈鸿汉2000等)、海水入侵的沉积环境(尹泽生1992,庄振业 1996,孟广兰1997,李道高 2000等)、水文地球化学和地球物理勘探(陈建生1987,韩延树1993,吴吉春1996,邱汉学1996,张永祥1996,周训1997,李福林1999等)、灾害防治(赵德三1991,1996等)以及大量的个例研究等方面。
海水入侵的研究主要是因实践的需要而推动发展起来的,因此,一开始,便与防治实践结下了不解之缘。
相对于基础理论研究和应用技术研究而言,目前中国海水入侵防治的实践,不单纯是一个水文地质学中的技术层面的问题,而是牵扯到资源利用和环境保护的区域发展的重要课题,已早早从本本走到了活生生的现实,中国海水入侵防治理论的发展明显落后于实践的发展。
因此,有必要对中国海水入侵防治的理论与实践作进一步的总结,以利于完善和提高。
1.中国海水入侵防治的发展阶段根据海水入侵防治的理论发展以及实践深度,可把中国海水入侵的防治分为三个历史阶段。
1.1 调查和初步研究阶段(20世纪70年代后期――80年代中期)最早发现海水入侵现象的是沿海地区使用机井灌溉的农民。
20世纪70年代中期,为开发地下水资源,沿海和内陆一样,兴起了打井高潮。
原来布局在天然咸淡水界限附近的水井,只有当大潮或风暴发生时,井水才发生短暂的变咸,之后恢复。
后来,随着农业灌溉面积扩大,水井密度的增加,开采量增加,某些水井水质长期变咸,浇地后造成庄稼枯萎乃至死亡。
如山东省的龙口和莱州在1975和1976年便有井水变咸无法恢复的调查报道。
进入80年代,沿海乡镇企业异军突起,工矿企业发展迅猛,其水源地布局不合理,多建在咸淡水界限附近,过量抽取地下水,加剧了海水入侵的发展,以致出现工农业争水打官司的局面。
至80年代中期,海水入侵已成为十分普遍的一种现象,当地群众称之为“海水倒灌”,调查和初步研究由当地水利部门和农业部门完成,调查材料上多称之为“海水侵染”。
这一时期,对海水入侵的防治是一种被动式的防御。
井水变咸了,老百姓弃井,改向淡水一侧继续打井使用;浅层水变咸,改用深层水。
企业行为也是如此,如山东省寿光市羊口盐场的自来水供水水源地初期建在王高镇三号县路的北侧,后因水质变咸,一再向南侧的淡水区迁移,由于地下水漏斗的牵引,咸水入侵速度达到350m/a。
因此,该时期的海水入侵防治是一种无序的被动式的防御。
1.2 研究、试验和探索阶段(20世纪80年代中期――90年代中期)该阶段由于前期无序的开发以及被动的防御,造成海水入侵的加速和大面积发展,山东省海水入侵区由局部地段不断扩大成片,可划分为潍北平原咸水入侵区、蓬、黄、掖滨海平原海水入侵区以及烟台、威海、青岛、日照等地市的众多河口地段海水入侵区。
该时段也是我国“七五”和“八五”建设同步时期,特别是80年代末期,莱州湾沿岸一些市县粮食减产,工厂被迫减产、停产,造成了极大的危害。
海水入侵灾害引起了省级政府和中央政府的高度重视。
国家安排了“七五”攻关第57项(75-57)和“八五”攻关项目“海水入侵防治试验研究”(85-806),部分高校和研究单位还从事了基金项目及其他项目的研究工作,研究区域从山东省扩大至辽宁、河北、福建和广西等全国沿海各地,从沿海扩展到海中的岛屿。
研究领域从海水入侵的起源、成因、类型和机理,到海水入侵的渗流、弥散、扩散的路径和基本规律等各个方面,涌现了一大批研究成果,尤其是数值模拟的研究达到了较高水平和影响。
该时期与海水入侵防治密切相关的理论认识主要有:(1)现代海水入侵和咸(卤)水入侵的类型不同,防治措施也应不同。
(2)海水入侵与沉积环境相关,应突出重点,区别防治。
(3)海水入侵的发展存在阶段性变化规律,应采取分阶段防治措施。
(4)海水入侵防治要多项措施相结合,综合防治。
以赵德三、尹泽生等为代表的攻关项目组,提出综合防治海水入侵的措施,并付诸于实际行动。
具体包括兴建防潮堤、拦蓄补源、淡水帷幕、地下水回灌、引调客水、节水以及适应性作物栽培的农业开发等等。
其成果集中反应在几部著作中[5,6]。
此外,一些学者还根据外国的经验,介绍了抽注水帷幕等防治措施,但该时期对于海水入侵的防治,处在研究、试验和探索阶段,上述防治措施仅限于技术层面,未上升到理论的层次。
值得一提的是,山东省水科院在考察日本国海水入侵的防治经验后,进行了地下坝防治海水入侵的工程试验研究,在龙口八里沙河建成中国第一座防治海水入侵的试验坝,探索了一条利用地下防渗墙(subsurface barrier )防治海水入侵的成功路子,该项成果获1996年度国家科技进步三等奖。
1.3防治工程全面实施阶段(90年代中期至今)从“九五”开始,国家对资源环境领域的科技投入方向逐渐转向中国西部,仅有为数不多的几个国家自然科学基金项目支持研究项目,该时期海水入侵防治试验的研究工作也基本告一段落,但国家和地方政府对防治工程投资的支持力度增大。
除了常规的拦蓄补源、地下水回灌防治工程,结合水利灌溉工程每年汛期实施外,这一时期还出现了一些新型的海水防治工程。
(1)填海造陆式的防潮和蓄淡工程山东省莱州市朱家村1994年底-1998年,为防治海水沿地表和河口的入侵,投资1166万元填湾造陆,分别建成长800m和3000m的两道拦海大坝,与普通防潮堤工程直接建在岸边不同,该村是将海岸线平直外推1500m,形成荷兰式的填海造陆防潮工程。
此后又相继投资在围坝内开挖临海浅塘水渠、兴建淡水水库、栽植果树林和芦苇,营建人工湿地。
该村经过几年的治理,不仅成功防治了海水入侵,还达到了较好的社会环境效益。
村支书王成湛也因此获得中国环境新闻工作者协会和香港“地球之友”设立的2002年度“地球奖”。
(2)河口地下坝工程是指在滨海平原河口地区,主要采取高压喷射灌浆、静压灌浆等方法,构筑地下防渗墙,形成地下拦水坝,拦蓄地下潜流,以达到提高地下水位,防治海水入侵的目的。
地下坝与其上游段的拦蓄工程常常结合形成所谓的地下水库,能够有效阻断海水入侵兼顾蓄水供水。
地下坝一般选择在河流入海处的咸淡水界线附近,构筑的坝基下切不透水岩层,灌注材料选择防水性很强的水泥,大坝厚度约在30-50cm,坝长可达数千米。
目前全国已建有不同规模的地下水库7座,其中山东省有八里沙河、黄水河、白沙河、大沽河、外夹河和王河等6座地下水库,辽宁省建有龙河地下水库1座。
地下坝和地下水库工程,具有提高地下水位,防治海水入侵、扩大淡水供应、不占耕地、无垮坝风险、投资小等优点。
(3)潮间带抽咸养殖工程在潮间带抽取地下咸水养鱼是中国水产科学院黄海水产研究所的雷霁霖先生首先倡导的[8]。
1992年他把原产于欧洲大西洋东北部沿海的“大菱鲆”(scophthalmus maximus)引进中国并培育成功。
1998年首先在山东省莱州市的朱旺村创办起“温室大棚+深井海水”的养殖模式,此后,由于效益显著,逐渐推广到整个莱州市和山东省烟台的其他县市及日照市。
现在,大菱鲆的养殖已从环渤海地区辐射到江苏、上海、浙江、福建、广东等沿海省市,形成了年产15亿元的新兴产业。
在潮间带抽取地下咸水养殖,由于取水量巨大,降低了咸水水头,客观上起到了阻止海水沿地下含水层的入侵的目的。
以莱州市为例,现有养殖大棚1000多个,每个大棚日用水700-800m3,全市每天抽取地下咸水量高达70-80万m3,已超出地下淡水的开采量。
这样,必然打破原先的入侵动态,据初步观测,莱州朱旺剖面的海水入侵区有变淡的趋势。
2海水入侵防治的理论与实践经验总结从上述发展阶段的各项措施,我们可以总结出以下几种防治理论。
2.1 现有海水入侵防治理论(1)入侵类型差别防治论中国存在现代海水入侵和咸卤水入侵两种类型,防治应分别针对不同的入侵源采取不同的措施。
该理论对于制定海水入侵的宏观战略规划时,具有较强的优势。
(2)入侵层次防治论咸水赋存于多层的海相地层中,由于开采层的变化,存在顺层、多层和越层的入侵,针对这种情况,应当根据不同层位的入侵实际情况,对重点层位进行防治。
该理论对于技术层面,控制海水入侵的越流入侵、串层入侵有较为有效的指导意义。
(3)灾害阶段防治论蔡祖煌和庄振业分别提出咸(卤)水和海水入侵发展的阶段性变化规律[2,7],认为海水入侵从发生到发展,经历初始、加剧、减缓等三个阶段,该理论认识对于防治不同阶段的海水入侵具有指导意义。
(4)地下水限采论基于地下水超采是引发海水入侵的主要原因,提出沿海地带要统一规划,限制地下水开采量。
该理论对于制定县市级地下水开发规划,划定禁采区、限采区具有重要指导意义,已经在全国部分省市开始实施。
(5)人工补源论主要包括拦蓄补源和地下水回灌,目的旨在抬高地下淡水水位。
该理论指导的是一种常规的水利工程措施,只要合理利用,其成效十分显著,特别是对于入海流量巨大的河流,应当积极提倡。
(6)刚性工程论主要指建造防潮堤和地下坝工程等刚性工程措施,通过直接切断淡水与咸水的联系来达到控制海水入侵的目的。
(7)客水论该理论基于北方水资源短缺的现实和未来用水增长的需求,认为只有利用客水才是解决用水和防治海水入侵的根本措施,实际上属于水资源优化配置范畴。
山东省沿海地区的成功经验和规划方案是,“限制开采地下水,扩大利用黄河水,积极引用客水”。