环境地质学分论--海岸带地质环境问题海水入侵

1、环境地质学,主讲教师：曾斌,zengbin_,分论若干地质环境问题的论述,Environmental Geology,2,引言 海岸带地质环境问题,3,广义的海岸带包括从沿海低地到陆架坡折带的广大地域，是水圈、岩石圈、生物圈和大气圈相互作用的交汇地带，也是人类经济活动最活跃、人为环境影响最严重的地区。,1、概述,4,砂质海岸带的范围,1、概述,5,1、概述,北纬30以南，化学风化强烈，风化产物中粘土含量高，高价铁多于低价铁，普遍发育红壤； 北纬30往北，化学风化显著减弱，红壤亦为棕壤和黑壤所取代。实践证明，气候和植被同地形一样，也是影响沉积物的性质、输运方式和扩散途径的重要因素。 因此，中国海

2、岸带的特征与演变存在着显著的南北差异。 中国大陆东西地形差异和南北气候分带，是控制中国海岸带发育的宏观地质背景，也是影响中国海岸带稳定性的主要因素。,中国大陆复杂的地球化学过程,6,2、中国海岸带的主要类型,按照板块构造理论，我国的海岸带可以分为板块前缘碰撞海岸带和陆缘海海岸带。 （1）台湾岛东侧的海岸带属于板块前缘碰撞海岸带，发育有陡峭的断层崖，几乎没有陆架，海岸带直接与深海沟相邻。 （2）我国其它海岸属于陆缘海海岸带，有宽广的陆架，除局部断层海岸外，岸坡平缓，大河三角洲发育。,7,2、中国海岸带的主要类型,根据第四纪以来内动力作用的特点，我国的陆缘海海岸带又可分为沉降海岸带、稳定-上升海岸

3、带和火山海岸带。 我国主要河流的入海口大多在沉降海岸带的范围内，发育了巨大的三角洲体系。由北向南我国的沉降海岸带为：下辽河平原、渤海湾的西岸、黄河三角洲、莱州湾、苏北、长江三角洲、珠江三角洲、北部湾的北岸及海南岛北部。,8,3、海岸带的资源,渔业资源 矿产资源 景观资源 湿地资源 海洋产业,9,海岸带的物质平衡是建立在海陆相互作用的基础上的。海陆任何一方的重大改变都会引起一系列的连锁反应，并最终导致物质平衡的破坏，其表现形式就是海岸的异常进积和蚀退。 自20世纪70年代以来，由于降水量的减少，水利工程的建设，工农业用水的增加，流域植被的破坏、河床采沙等人类活动因素的影响，主要河流入海水量和输沙

4、量都有不同程度的减少，其结果是我国的沙泥质海岸普遍出现了侵蚀后退的现象。,4、中国海岸带的物质平衡,河流从陆地上带来的泥沙是海岸带物质的主要来源,10,我国主要河流年平均入海输沙量为201374.84万吨或 467吨/平方公里年，正是这一泥沙量维持着我国海岸带的稳定和平衡. 我国在西部实施了一系列大型的工程项目，如三峡枢纽工程、黄河上游水库建设、西部大面积退耕还林等。 这些工程项目都有一个共同效果，就是改变由西向东的泥沙输运过程，减少河流入海的泥沙量，从而打破现有的海岸带物质平衡。,4、中国海岸带的物质平衡,11,海岸生态环境破坏,滩涂湿地破坏严重，围垦、养殖虾蟹、工程影响 红树林的生存状况令

5、人担忧。物种消失、护岸作用减弱、海岸侵蚀 海岸带的珊瑚礁生存现状亦岌岌可危。 海底沉积物污染问题日益受到关注,5、中国海岸带地质灾害的主要类型,12,海岸侵蚀、港湾河口淤积、海平面上升、沿岸土地盐渍化、海水入侵、沿海地面沉降等。,中国海岸带生态地质环境具有“与生俱来”的脆弱性，海平面稍有上升，地质灾害大幅度增强。据预测，2050年，海岸上升引起的淹没损失及护岸费用可能达到881.41504.7亿。 我国入海大河中上游兴建的大型工程，加剧了海岸带地质灾害 。 人类对海岸带的不合理开发，造成海岸带地质环境进一步恶化，河口、港湾淤积，影响航运生产。 2001年灾害直接经济损失100亿元，是1980年

6、的20倍。,5、中国海岸带地质灾害的主要类型,13,第一阶段：开展长江三角洲经济区、珠江三角洲经济区和环渤海经济区海岸带调查工作和评价工作，初步建立我国海岸带环境地质数据库和海岸带灾害评价系统。 第二阶段：开展海南-广西的生物海岸和厦漳泉经济区的港湾-基岩质海岸带的环境地质调查和地质灾害评价工作，同时，完善数据库和系统。,阶段目标任务,5、中国海岸带地质灾害的主要类型,14,课题海洋灾害,课题地下水砂矿资源调查,课题 信息技术研究,课题生态地质环境,主要工作,航空激光测绘,多波束测量,卫星遥感及航空摄影,5、中国海岸带地质灾害的主要类型,15,一、海水入侵的概念,二、中国海水入侵现象的发展现状

7、,三、海水入侵的原因,四、海水入侵的形成机制,五、海水入侵的调查评价,六、海水入侵的防治,主要内容,16,第一节 海水入侵的概念,基本概念,由于自然和人为原因，沿海地区地下水水动力条件发生变化，使含水层中的淡水与海水的平衡状态被破坏，导致海水或与海水有直接动力联系的高矿化地下咸水沿含水层或导水构造向陆方向扩侵，使地下淡水资源遭到破坏的危害。 地质灾害分类分级(试行）DZ0238-2004 海水入侵是指沿海地区，由于海平面上升或陆地人为采水，陆地地下水位相对降低而引起海水沿含水层向陆地方向潜入的现象和过程。,17,概念,海水入侵：强调含水层的变化 海侵：海水沿陆地表面的扩张 时间尺度相对较小 地

8、质演化的时间尺度大 区域范围有限 区域范围广大,海侵（海进）：由于海面上升或陆地下降造成海水面积扩大，陆地面积缩小，海岸线向陆地方向推进的地质现象。,第一节 海水入侵的概念,18,第一节 海水入侵的概念,海水入侵与地质学中所讲的“海侵”是两个不同的概念。 与海水入侵不同的是，海侵发生的时空尺度要大得多，往往发生在一个广大的区域上，一般认为，海侵面就是一个不整合面，也是一个典型的穿时面。海侵的过程往往用地质演化的时间尺度来表达，另一个不同之处是海侵是海陆界线的变化，更注重的是海水沿陆地表面向内陆扩张的过程，而不进一步追究是否有部分海水从地下含水层通道进入内陆。,19,第一节 海水入侵的概念,危害

9、,陆地含水层咸化 机井报废 淡水供应量减少 土地盐渍化 地方病,20,1 存在海水与陆地含水层的水力联系 海洋是陆地地表水、地下水的最终排泄区，海平面则是地球表面的最低排泄基准面。如果沿海地区存在着裂隙、岩溶和松散的孔隙介质含水层，而且这些含水层延伸到海中，就有可能成为海水入侵的通道。,海水入侵发生的条件,第一节 海水入侵的概念,21,第一节 海水入侵的概念,2 海水压力大于陆地含水层的水头压力 水的流动是在存在压力差的情况下发生的。由于陆地地下水的密度（比重）小于海水，要避免海水潜入，就必须具有较高的水头压力。在没有发生海水入侵的沿海地区，可能存在两种情况，一是没有水力联系的通道，二是有通道

10、，但陆地地下水水头高，压力值大于海水，此时，陆地地下水可不断地从海面以下出口排向大海。,22,图7-2海水入侵示意图,需要说明的是，海水和淡水存在着密度差，即使在陆地含水层的水头压力大于海水压力且存在水力联系通道的情况下，海水也只会呈楔状体插入到含水层的底部，楔状体的上方则是陆地地下水的排泄通道,23,中国海岸带背靠西部大陆，面向全球规模最大的西太平洋边缘海。 中国大陆海岸线北起辽宁鸭绿江口，南至广西北仓河口，全长超过18,000 km，大小岛屿6,500座，大陆岸线和岛屿岸线总长达32,000 km。,第二节 中国海水入侵现象的发展现状,24,我国海岸线长度为3.2万km，其中大陆岸线1.8

11、万km。沿海地区是我国目前经济开发的重点地区。这些地区在以下方面为海水入侵提供了条件： 随着经济发展，对水资源的需求日益增长，过量抽取地下水，其结果会使沿海地区地下水水位下降，量减少。 拦蓄截取地表水，使入海量减少，使地表水补给地下水量减少，地下水位下降。 沿海地区是松散堆积物的沉积区，主要是冲洪积和海相沉积成因。陆相物质的搬运堆积，主要靠地表径流。河床堆积物相对粗大，并一直延伸到大海。,第二节 中国海水入侵现象的发展现状,我国海水入侵的分布,25,环渤海湾地区 莱州湾南岸、大连旅顺、天津等 东南沿海地区 广西北海市、钦州市钦江三角洲、海南岛儋州的新英湾等。,我国海水入侵的分布,第二节 中国海

12、水入侵现象的发展现状,26,环渤海湾现状海水入侵面积约2333.4 km2，比20世纪90年代初增加了46.5%。据天津市典型地段水质动态的深入研究,咸水界面下移速率约0.65-0.74 m/a；据沧州地区的研究，截止2001年，浅层咸水界线向西移动15-30km，运移速率0.7-1.4km/a。与20世纪70年代相比，深层咸水界面一般下移10-30m，咸水界线西移最大距离16.2km（据“环渤海地区环境地质调查”，2004）。 烟台莱州湾地区的地下水氯离子含量最高为3.86g/l（饮用水标准国际建议值为200mg/l，即0.2g/l），矿化度达7.85g/l（饮用水标准建议值为 1g/l）。

13、部分地区已出现盐渍化。,我国海水入侵的分布,第二节 中国海水入侵现象的发展现状,27,海南岛西部儋州的新英湾是海水入侵典型地段，海水入侵面积达10km2。,我国海水入侵的分布,第二节 中国海水入侵现象的发展现状,28,海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。 海平面的相对上升 海水量的变化（气候、冰川消融等） 海洋盆地容积的变化（大洋中脊扩张、陆源物质堆积等） 滨海地区地面沉降（构造沉降） 陆地地下水头下降 沿海地区开采地下水 筑坝建水库等拦截地表水 气候干旱 其他原因 修建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等,第三节 海水入侵的原因,29,海水入侵过程海（咸）水楔形体不断扩大，即楔形体

14、移动的动力学过程 由多个时间段分析海水与陆地地下水分界面的位置和形态变化过程，分析是否处于正常涨落。,咸淡水分界面的理论解,第四节 海水入侵的形成机制,一、稳定分界面的静力平衡模式 二、稳定分界面的动水压力平衡模式,30,第四节 海水入侵的形成机制,一、稳定分界面的静力平衡模式,吉本(Badon Ghyben)和赫尔兹伯格(A. Herzberg)提出， 假设条件：海水和陆地地下水均不流动，地下水与海水各点的压强按静水压强分布，分界面固定。,潜水面,隔水底板,31,两个重要的认识：,1、陆地地下水面的高度与分界面在海平面下所处的深度呈线性定量关系， 例如在地下水潜水面高程为1m时，由上式可知，

15、对应的分界面深度约在海拔以下40m处。换句话说，陆地地下水水位越高，分界面埋藏深度越大，越接近海岸线，分界面埋深越浅。,32,2、 表示分界面在水平方向的梯度； 表示潜水面在水平方向的梯度；右端的负号表示两者水头下降的方向是相反的（下图）。由上式可以看出，从AC断面到BD断面，潜水面的梯度变化要小于分界面，分界面的梯度为潜水面的40倍，因此，分界面在向内陆延伸时，往往具有快速收敛的特点，能够在离海岸线不远的地方，与含水层的隔水底板相交。,潜水面和分界面的水力梯度示意图,33,第四节 海水入侵的形成机制,二、实际工作中咸淡水分界面的判别,咸淡水分界面是一个溶质浓度介于海水浓度与陆地地下水浓度之间

16、的过渡带，成为咸淡水混合带。 溶质浓度达到某一规定值的部位视为海水入侵的标志，该浓度值的等值线作为咸淡水分界面。 Cl-：城市地质环境问题调查评价规范（征求意见稿）250mg/L 总盐度：15002000ppm 电导率与总盐度关系： 溴钠比和咸化系数（辅助指标）,34,在充分搜集和利用前人资料的基础上，以地质背景调查和遥感解译为主体，结合应用相关的勘探、测试手段及GPS、GIS等新技术，进行必要的实测和监测。 地质背景调查 区域地貌形态、岩性结构、海岸性质及变迁历史。咸、淡水含水层的空间分布、地下淡水体与海水（咸水）体的接触关系、地表水、地下水与海水之间的水力联系、补排关系和海水入侵通道、地下

17、水位动态变化。,海水入侵的调查评价,第五节 海水入侵的调查评价,35,遥感解译 海水与淡水水域，分析海水入侵地下淡水的分布范围。 水文物探 查明海水入侵范围，咸水、淡水分界面。 电测深法、电剖面法、自然电场法、激发极化法、瞬变电磁法、井中CT。 地下水监测网 监测地下水水位、水质动态及地面水体的水位变化，分析咸淡水入侵程度或确定淡水的临界开采量。,第五节 海水入侵的调查评价,36,综合分析研究 根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料，综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。 查明海水入侵途径，根据水化学分析、物探成果，进行海水入侵程度分区，分析海水入侵发展趋势。,海水入侵化学指标与入侵程度等级划分,第五节 海水入侵的调查评价,37,实例介绍 莱州湾南岸（据徐建国，2004）,38,海水入侵的防治,第六节 海水入侵的防治,海水入侵的发生需具备两个基本条件： 海平面上升或陆地地下水位下降，海水和陆地淡水间动水压力平衡； 存在联系海水与地下淡水的“地下通道”。,39,在当前科学技术水平下，人类对海平面的升降运动仍难以操控，只能通过调整地下水流动系统的结构使海水和陆地地下水间达到压力平衡，即通过改变地下水的源、汇条件，使渗流场形态发生改变，从而防止海水入