滨海含水层中淡水和咸水的相互作用.doc

一、概　述 滨海含水层是指陆地淡水和海水在地下相遇的部分，可以由不同类型的岩石组成，其中包括岩溶发育的石灰岩、裂隙发育的岩石和松散砂岩，厚度从几米到上千米不等。地表上的土地利用、地形和气候条件也可能明显不同。尽管含水层性状迥异不同，但是滨海含水层还是有着相同的水文地质特征，例如，流动受浓度梯度的影响非常大，由于淡水和咸水组成的差异，在混合区会形成不同的水质特征。由于处于地质活动强烈的环境，地下水类型通常受长时间地质作用（如海平面波动）的影响。 从水管理的角度来看，由于海水入侵和倒锥的形成，在滨海含水层，易于发生淡水咸化问题。随着对淡水资源需求的增加、天然水文地质条件的破坏、气候变化和地下水污染，可利用的水资源和宝贵的生态环境正面临着严重的压力。本文将探讨滨海含水层目前的状态，常见的问题，以及水文地质学作为一门学科，如何在实现可持续发展过程中作出应有贡献。 二、现状分析 世界上的滨海地区几乎都是人口高度密集区，全世界有一半的人口居住在滨海地区，而且10个大城市中就有8个位于滨海地区（联合国海洋论坛，），同时，大量的用水需求对地下水资源造成了巨大的压力；同时含水层也受到了废物和生活污水处置以及污染物淋滤的威胁；承压水水位的降低又造成了地面沉降。在干旱和半干旱地区，地下水作为唯一的淡水资源，在用水高峰期（如旅游季节）面临的问题尤为严重。然而，这些问题并不只出现在滨海含水层中，将滨海含水层与其它含水层分开来考虑，只会造成由于过度开采而导致的海水入侵变得更为严重。 关于海水入侵问题，没有全面的评论。在一些文献中，完整地记录了美国（Konikow 和Reilly，1999）和地中海（López-Geta等，2003）滨海含水层的一些海水入侵的案例，包括夏威夷、加利福尼亚、佛罗里达、大西洋和海湾的沿海平原等。欧洲环境保护署的最近数据表明，在欧洲，至少有100个地区受到了海水入侵的影响（Scheidleger等，2004）。在荷兰，拥有来自河流和大气降水的充足淡水资源，但是在1880～1992年间，由于盐化作用，有20个井群被迫关闭，另外的9个不得不利用人工补给（Stuyfzand等，2004）。这些数字表明，海水入侵是全球性的问题。另外，由于人口的增加和经济的发展，污染物造成的水质恶化、河流补给减少以及气候变化等问题在未来的10年内将会变得更加严峻。预计在某些地区海平面上升和地下水补给率减少，会造成海水进一步向内陆扩张，进而造成淡水资源的污染。 三、解决方案 和其它含水层一样，滨海含水层的管理也包括需求和更新的平衡问题。因此，滨海含水层管理的主要问题是优化抽水方案，预防并减少含盐地下水的侧向运移。更多情况下，水需求量远远大于供给量，这样就必须采用其它一些补充方案，以保证充足的用水量。这些方案可能包括从湿润地区引水在干旱期将过量的水资源进行人工补给，循环再利用，脱盐和用水定额配给等。 假如在不久的将来出现水资源短缺问题，那么将会增加对含盐地下水和处理废水的利用。需要确定不同的用水需求，从而可以为不同的用户分配不同的用水量，例如，为何用宝贵的淡水资源作工业用途呢？譬如进行工业冷却。对于特定地区而言，最佳方案取决于该区的社会经济、法律、环境和水文地质条件等诸多因素。对评价方案的可行性和影响力，水文地质学家起着非常重要的作用。但是必威体育精装版的水文地质工具和知识水平可以回答滨海区最佳的地下水管理问题吗？还存在着一些什么样的科学问题？ 四、科学挑战 有人认为滨海水文地质始于Badon Ghijben（1888）和Herzberg（1901）的研究工作。此后的10年内，许多野外研究和理论分析相结合，使得滨海含水层地下水流动和盐分分配等基本理论得到了发展。从上世纪70年代早期开始，建立了许多模型。随着计算机的广泛应用，现在可以用一些软件来模拟实际含水层的情况，如三维流、非均质和各向异性等。 关于滨海区地下水水质问题的研究，也得到了一定的发展。Versluys（1916）最先认识到阳离子交换作用对流动的淡水和含盐地下水水体的化学组成的重要性。在上世纪80年代和90年代，学者们对含水层的性质进行了广泛的研究。同时也详细研究了海水和淡水相互混合的化学过程，如方解石溶解。另外，在许多研究中也用到了同位素方法，据此来确定咸水的来源，进而来确定水体的年代。 以上对滨海水文地质发展概况的总结尽管非常简洁，但已充分说明了所取得的巨大进步，而这一点是复杂的水资源管理工作所必不可少的。当然，仍有许多问题有待进一步研究，如滨海水文地质系统的总体把握、数学模型的发展、地下水的水文地质特征和地球化学性质等。 （一）概念的理解 传统的概念认为，含水层中淡水和咸水的空间分布是淡水水体覆于咸水水体之上的，咸水水体位于海平面以下。这一概念仅限于那些海岸线很长而且保持平稳的地区。然而，由于全球海平