第十一讲海水入侵ppt课件.ppt

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1、第十一讲 海水入侵,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,随着市场经济的发展，海岸带的区位优势突现，日益重要。沿海市、县GDP为3.7 万亿元，占沿海地区GDP的61.7，占全国国内生产总值的38.7。人口密集，2030年沿海地区78亿人。从区域经济看，沿海地区影响是我国最重要的经济区。,除珠江三角洲为2000年数据外，其它数据都是2001年数据。,中国海岸带地区社会、经济地位,1、概述,6,中国海岸带背

2、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。,1、概述,7,从青藏高原东缘到沿海低地，在1,300 km的距离内,地形落差达4,500m之巨。如此巨大的地形高差和持续不断的差异运动，使中国西部高原和山地成为世界上最大的陆源碎屑供应地，通过河流水系，源源不断地向东输运。,1、概述,8,1、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

3、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,9,2、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。,10,2、中国海岸带的主要类型,根据第四纪以

4、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。,11,板块前缘碰撞海岸带,稳定-上升海岸带,沉降海岸带,火山海岸带,中国海岸类型,按内动力作用分类,12,林学钰，2004,按物质成因分类,珠海唐家的淤泥质海滩（张珂摄）,13,3、海岸带的资源,渔业资源,14,3、海岸带的资源,矿产资源,15,3、海岸带的资源,景观资源,16,3、海岸带的资源,湿地资源,1

5、7,海洋产业,世界进入开发海洋最佳时期，每十年番一番2001年海洋产业总产值7233.80亿元。占GDP的2.5%，8.7%增长全国海洋经济发展规划纲要（2003年5月28日）2005年，占GDP4%2010年，占GDP5%以上,3、海岸带的资源,18,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量都有不同程度的减少，其结果是我国的沙泥质海

6、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,19,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,20,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人担忧。物种消失、护岸作用减弱、海岸侵蚀海岸带的珊

7、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,21,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年的20倍。,5、中国海岸带地质灾害的主要类型,22,第一阶段：

8、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,23,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,海水入侵,25,一、海水入侵的概念,二、中国海水入侵现象的发展现状,三、海水入侵的原因,四、海水入侵的形成机制,五、海水

9、入侵的调查评价,六、海水入侵的防治,主要内容,26,第一节 海水入侵的概念,基本概念,海水入侵可以使陆地含水层咸化、机井报废、淡水供应量减少，也可引发沿海地区土地盐渍化，农业减产甚至绝收等生态问题，因而成为一种地质环境问题。,海水入侵：海水沿着陆地含水层向陆地方向潜入的现象和过程。,27,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,海侵（海进）：,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 地质演化的时间尺度大,区域范围有限 区域范围广大,海水倒灌,发生在中小时空尺度上的海侵现象,28,1 存在海

10、水与陆地含水层的水力联系通道 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,最低排泄基准面,29,海水入侵发生的条件,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，但陆地地下水水头高，压力值大于海水，此

11、时，陆地地下水可不断地从海面以下出口排向大海。,最低排泄基准面,30,Q:是否满足以上两个条件，就一定会发生海水入侵呢？,1.上述两条件同时存在时，海水会呈楔形体插入含水层底部。,2.由于海水有潮涨潮落，陆地地下水与海水压力差动态变化，从而 导致海水楔的范围也是会动态变化。,3.若海水楔随压力差的变化进退有序，为正常涨落，楔形体不会一直向陆地方向伸展，该动态过程不能称为海水入侵；只有当压力差发生异常涨落，海水楔不断向含水层前进，则发生了海水入侵。,31,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

12、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,32,我国海岸线长度为3.2万km，其中大陆岸线1.8万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，为海水向陆地含水层入侵提供了通道。,第二节 中国海水入侵现象的发

13、展现状,我国海水入侵现状的主要原因,33,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,34,辽东湾,渤海湾,莱州湾,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

14、）。,烟台莱州湾地区: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）。部分地区已出现盐渍化。,35,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,36,第三节 海水入侵的原因,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,陆地地下水头下降,其他原因,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）,沿海地区开采地下水 筑坝建水库等拦截地表水 气候干旱,修建盐田、近海河

15、道清淤、沿海城市建设等,37,海水入侵过程海（咸）水楔形体不断扩大，即楔形体移动的动力学过程。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,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,假定条件：海水和陆地地下水均不流动，地下水与海水区各点的压强按静水压强分布，两者的分界面固定。,在分界面上：,hs 分界面上某点离海平面的距离；hf 地下水潜水面高出海平面的高度；p1 淡水密度，=1.0g/cm3；p2 海水密度,=1.025g/cm

16、3。,39,两个重要的认识：,1、分界面在海平面下所处的深度与陆地地下水面的高度呈线性定量关系，例如在地下水潜水面高程为1m时，由上式可知，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。,第四节 海水入侵的形成机制,40,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。2、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。

17、,潜水面和分界面的水力梯度示意图,41,疑问：,1、当hf=0 时，hs=0。即地下水无排泄断面，不合理；2、分界面的形态还受陆地淡水排泄量、排泄带宽度、含水层渗透系数以及与海岸线的距离等多个因素的影响。,该模式在用于厚度固定的水平承压含水层海水入侵时，能有较好效果。,20世纪60年代，维鲁特等人提出了更符合真实情况的海水入侵模式。,42,第四节 海水入侵的形成机制,二、稳定分界面的动水压力平衡模式,维鲁特等人提出。地下水在远离海岸和靠近海岸的地方，流速垂直分量不同。岸坡地带潜水会形成渗出带，海面以下也存在地下水排泄出口。,（一）潜水含水层的海水入侵问题静水压力平衡模式和水平流动的裘布依假设结

18、合。假设前提：潜水含水层的介质是均值各向同性；地下水流为渐变流，忽略渗透速度的垂直分量，视为平面二维稳定流。,43,第四节 海水入侵的形成机制,（一）潜水含水层的海水入侵问题潜水水头分布分界面海下高程,隔水层,44,第四节 海水入侵的形成机制,（二）承压含水层的海水入侵问题纽曼推导咸淡水分解位置曲线,隔水层,隔水层,45,第四节 海水入侵的形成机制,三、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-：衡量海水入侵的一个敏感指标。城市地质环

19、境问题调查评价规范（征求意见稿）咸 淡水分解值：最低250mg/L；严重入侵的CL-为1000mg/L总盐度：15002000ppm,46,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、地下水位动态变化。,第五节 海水入侵的调查评价,47,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

20、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,48,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,莱 州 湾 南 岸 水 文 地 质 图,地下水化学场类型分区图,莱州湾南岸浅层地下水流场图,地下水位降幅与咸卤

21、水入侵分布图,54,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”。,55,通过改变地下水的源、汇条件，使渗流场形态发生改变，从而防止海水入侵，甚至使入侵的咸水退回海洋。由于这类方法改变的是地下水渗流场结构，我们形象地称之为地下水系统软结构的调整,地下水系统软结构的调整,56,限制淡水开采量（削弱人工汇的强度）,地下水位抬升防治海水入侵的示意图,57,进行人工回灌，提升陆地淡水水位（建立人工源）,人工回灌防治海水入侵的示意图,58,设置抽水槽，抽出咸水（重建咸淡水的区域汇）,抽水槽防治海水入侵示意图,59,地下水系统硬结构的调整,将采用工程措施切断海水和地下水通道的方法称为地下水系统硬结构的调整。,隔水槽，阻断咸水的入侵途径,隔水墙防治海水入侵示意图,60,地下水库防治海水入侵示意图,课 堂 作 业,61,海水入侵的基本条件是什么？是否具备了这些基本条件，就一定会发生海水入侵现象？,