萊州灣南岸沿海地區地下鹵水資源豐富，是中國最大的海鹽生產基地。目前，鹽田總面積為3.28萬hm2，沿海地區有近7000口鹵井，井深壹般在40-70m之間，開采地下鹵水約9000萬m3/a。由於長期連續開采，鹵水水位處於持續下降狀態，鹵水濃度也在逐年降低。采鹵可以在壹定程度上緩解鹽鹵入侵。
壹、地質背景條件
地貌上，萊州灣南岸南臨太乙山區，東臨膠東丘陵區，西臨黃河三角洲平原。地貌由南向北略有傾斜，平均坡度為0.47‰。地貌類型從南部的山前沖積平原向中部的沖積海積平原和北部的濱海海積平原轉變，海岸類型為粉砂質和淤泥質海岸。該區沖洪積平原由若幹扇邊重疊的沖洪積扇組組成。沖洪積扇組前緣被海相沈積物或黃河沖積物所掩埋，含水層顆粒粗、厚度大、多層結構。在垂直方向上，含水層顆粒自下而上趨於變細，而在水平方向上，具有沖洪積扇的水文地質特征。主要含水層頂板埋深5 ~ 30m，巖性在地段為各種砂、礫石，在地段間及邊緣地帶為粉砂、粉砂、粘土質粉砂夾姜石。
萊州灣南岸有壹層中更新統砂質粘土弱透水層，埋深40 ~ 70m，厚約20m。其上有三個海侵層(圖7-5)，對應地質歷史上晚更新世以來的三次海侵事件。在三次海侵中，富集在地層中的古海水(鹹-鹵水)被保留下來，與淡水含水層水平連通，是本區海水(鹹)入侵的來源。萊州灣南岸海水(鹽)入侵主要出現在晚更新世和全新世地層。
圖7-5萊州灣南岸海洋沈積物橫斷面圖
二、地下水化學環境的特征
萊州灣南岸地下水化學環境特征受第四紀古地理環境、水文地質條件和地下水開采的制約。在水平方向上，水化學場具有明顯的分帶性，表現出從內陸到沿海淡水-苦鹹水-鹹水-鹵水的變化規律。地下水的化學類型從南到北依次為HCO3、HCO3-Cl、Cl-SO4和Cl，鹽度從0.2g/L增加到220g。地下鹵水分布在鹹水區中部，呈東西向帶狀分布，走向與海岸線近平行(圖7-6)，鹵水鹽度為50 ~ 220 g/L
圖7-6萊州灣南岸古蒂至揚子區地下水礦化度變化剖面圖
在垂直方向上，該區地下水開采主要集中在200米深度以內。根據200米深度內水化學特征的不同，萊州灣南岸地下水化學環境可分為五種類型:全淡水區、微鹹淡水區、微鹹水區、鹹淡水區和全鹹水區(圖7-7和7-8)。
全淡水區位於研究區的南部，即山前沖積平原的北部。含水層主要由何姿河、彌河、白浪河、雨荷河和渭河的沖積礫石和砂組成，具有多層結構。地下水礦化度小於1.5g/L，水化學類型為HCO3-Cl或HCO3。
輕鹹淡水區、微鹹淡水區和鹹淡水區位於研究區中部，是沖洪積平原和海相平原的結合部。地下水水質復雜，地下水含鹽量高達50g/L；其中，微鹹水區位於昌邑市中部和壽光市中東部，上部淡水厚度壹般為10 ~ 100 m(圖7-9)。
全鹹水區位於研究區北部，為海洋平原。該區中部80m深處有高濃度鹵水，鹽田較多。
第三，鹹水入侵與地下水動態場變化的關系
1.地下水動態場變化
20世紀70年代以來，隨著萊州灣南岸地表水和地下水的開發利用，地下水動態場發生了很大變化。70年代末，地下水位埋深壹般為1 ~ 6m，流向與地形坡度和地表水系基本壹致，即由南向北向萊州灣和小清河排泄。近20年來，山前沖積平原區地下水位急劇下降，水位埋深壹般為8 ~ 30m，最大水位降幅達20m以上。此外，淡水區有總面積約1493km2的負水位漏鬥，鹹水區有面積約1047km2的負采鹵漏鬥(圖7-10)。地下水位下降漏鬥的出現改變了整個地區的地下水直徑。
圖7-7地下水水化學結構類型分區圖
圖7-9六團-青香地下水礦化度變化剖面圖。
圖7-從10到2002年地下水位下降等值線圖
2.鹹水入侵與地下水動態場變化的關系。
在萊州灣南岸沒有分離水體的條件下，由於鹽-鹵的密度ρb大於淡水的密度ρf，鹽水入侵淡水水體是必然的。鹽水入侵的靜態模型如下:
設淡水和鹽水的水位分別為hf和hb，鹽水侵入後淡水和鹽水界面在海平面以下的深度為Z(圖7-11)，則根據海本-赫爾茨貝格模型得到如下公式:
山東省地質環境問題研究
圖7-鹽水入侵的流體靜力學模型+01
根據該地區鹽水的水化學資料，鹽水的密度為1.04g/cm3，淡水的密度為1g/cm3，因此上述公式可近似表示為
山東省地質環境問題研究
可以看出，海平面下鹽淡水界面的深度與界面兩側淡水和鹽-鹵水的水位差成正比，海平面下鹽淡水界面深度約為鹽淡水界面深度的25倍。由於地下淡水的開采，其水位的下降將導致鹽淡水界面急劇上升。淡水水位每下降1m，鹽淡水界面將增加25m。
鹹淡水界面北側地下鹵水的開采會使鹹淡水水位下降，hb降低，使鹹淡水界面兩側水位差增大，鹹淡水界面下移，使鹹淡水入侵減緩。
四。鹽水入侵的空間分布
20世紀80年代以前，由於海水(鹹)水入侵規模較小，整個區域地下水分析資料匱乏，因此采用1980和2002年的水質分析資料劃定海水-鹵水入侵範圍。分析表明，侵入區地下水礦化度變化特征主要表現為:從小於1g/L到1 ~ 2g/L，淺層地下水礦化度等值線向內陸移動，面積為594.6km2，2g/L等值線向內陸移動，面積為127.1km2。對水質分析數據的研究表明，隨著鹽度的增加，Cl-的濃度也隨之增加(圖7-12)，兩者之間的關系近似表示為
山東省地質環境問題研究
式中:d為鹽度(毫克/升)；L為cl-濃度值(mg/L)。
由於Cl-是地下鹹鹵水中最重要的穩定常量元素，對鹹鹵水入侵的反映最為敏感，對淡水和農業生態的危害作用十分明顯，且試驗數據豐富，因此將Cl-作為判斷鹹鹵水入侵的指標，標準值為250 mg/L。
圖7-12萊州灣南岸沖洪積平原區地下水礦化度與Cl-濃度的關系
在繪制1980年和2002年地下水Cl-含量等值線圖的基礎上，圈定了鹹水入侵範圍。鹽水侵入體在研究區中部呈帶狀分布，侵入距離1.5 ~ 12.0 km，總侵入面積696.8km2(圖7-65438+)
圖7-13萊州灣南岸鹹水入侵分布圖
綜合分析萊州灣南岸的地層結構、鹹水的空間分布、地下水開采現狀和地下水水質監測資料，鹹水入侵深度主要在80 ~ 100 m，由於研究區河流沖積砂層多，顆粒粗，分布廣，連續性好，是鹹水入侵的主要通道。 且大部分砂層被粘土和砂質粘土弱透水層隔開，因此侵入類型以水平層理侵入為主(圖7-14)，部分強地下水開采區可發生壹定程度的溢流侵入。
圖7-14渭河下遊鹹水入侵剖面圖
圖7-15鹽水入侵過程模式圖
動詞 （verb的縮寫）鹽水入侵的發展過程
1.進化模型
地質歷史上鹽淡水界面形成後，由於地下水流入海和鹽分向陸地擴散之間建立了平衡關系，才能達到相對穩定的位置。當地下水流將界面移向大海的虛擬速度V等於鹽彌散將鹽淡水界面移向陸地的虛擬速度U時，界面處於相對穩定狀態。
地下淡水的開采導致了漏鬥的形成和發展。當漏鬥邊緣延伸到鹽淡水界面時，水力梯度I減小，水力梯度V也減小(圖7-15)。但由於鹽離子的轉移速度比水壓變化低2-3個數量級，所以U幾乎不變。鹽淡水界面向陸地移動，鹽水入侵開始，彌散衰減滯後於滲流衰減，這是鹽水入侵的初始階段。
鹹淡水界面在漏鬥下遊側與分水線B相遇後，界面處的滲流指向漏鬥中心，即流向陸地，不流向大海。陸面滲流和陸面彌散使鹹淡水界面向陸地移動，鹽水入侵加劇。滲流的局部逆轉是強化階段入侵的主要驅動力，彌散滯後的減弱仍是驅動力之壹。
在鹽水和淡水之間的界面移動到漏鬥下遊側具有最大反向水力梯度的線E之後，反向水力梯度隨著移動到漏鬥的中心而逐漸減小。雖然滲流和彌散仍然是同向的，但是入侵動力滲流的作用越來越小，鹽水入侵進入減弱階段。當頂部移動到漏鬥的上遊側時，水力梯度正好是原水力梯度I的第壹條線F，向海滲流和向陸滲流之間的平衡重新建立，鹽水入侵終止。
可以看出，鹽水入侵的過程可分為三個階段:初始階段、快速發展階段和減緩階段，各階段的入侵速率明顯不同。
2.開發過程分析
研究區地下水水質監測數據表明，萊州灣南岸鹹水入侵具有階段性，各發展階段分析如下:
(1)初始階段(1976 ~ 1979)
從1973到1975，研究區連年幹旱，降水偏少，工農業需水量增加，地下水位下降，形成壹個總面積不到800km2的地下水位負漏鬥。鹹淡水界面淡水側部分地區水質季節性變鹹，少數對應井記錄到水質變鹹。
(2)快速發展階段(1980 ~ 1990)
從1981 ~ 1989，研究區進入持續9年的幹旱期，多個集中供水水源相繼建成，地下水開采量急劇增加，地下水負漏鬥區面積迅速擴大，從1980的792km2擴大到1990的3244km2，年均增長232km2。鹽水入侵邊界開始落入地下水位負漏鬥，入侵速度明顯加快。在此期間，鹽-鹵水的平均侵入速度為292米/年
(3)緩解階段(1991 ~ 2002)
從1991到2002年，降水量增加，有壹定量的黃河水抽入該地區，地下水位負漏鬥面積持續減少，從1990減少到2002年的2561km2，年均減少56km2。鹽鹵侵入邊界逐漸接近漏鬥負軸，部分區域與中心軸交叉，侵入速度減緩，鹽鹵平均侵入速度降至166 m/a。
不及物動詞鹽水入侵發展趨勢預測
研究區廣饒-壽光漏鬥區侵入邊界已達到負值區中軸線，壽光市留呂鎮附近已越過漏鬥中軸線。昌邑漏鬥區與廣饒-壽光漏鬥西端的侵入邊界雖然離中軸線還有壹段距離，但侵入線也已越過漏鬥下遊側反向水力梯度的最大點，反映出萊州灣南岸的鹽水入侵目前處於緩慢階段，未來的入侵速率將逐漸減弱直至終止。只有當地下水開采布局發生變化，特別是地下水集中開采區位置發生變化，地下水位負漏鬥中心移動時，鹹水入侵線才會移動，直至達到新的平衡點。
根據上述分析，鹽水入侵終止線位於負漏鬥上遊水力梯度正好是原始水力梯度的位置。根據地下水監測資料，負漏鬥區地下水原始水力梯度為1.00 ‰ ~ 1.50 ‰，平均值為1.20‰。以此為基礎，可以確定鹹水入侵終止線的位置(圖7-65438+由此，我們可以得出以下結論:在維持地下水開采布局現狀的情況下，該區鹹水入侵將進壹步發展。如果不及時采取預防措施，最終鹽水入侵面積將增加854.0km2，總入侵面積將達到1550.8km2，占研究區總面積的26%(表7-3)。未來鹽鹵入侵發展主要集中在廣饒、壽光西部和昌邑市，未來將向內陸入侵3 ~ 15 km。其他區域靠近入侵終止線，擴張區域不會太大。
圖7-16萊州灣南岸鹹水入侵趨勢預測圖
表7-3萊州灣南岸鹹水入侵預測結果表單位:km2