某沿海地区海水入侵现状评价及脆弱性研究

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沿海地区是人类活动的重要场所,养育着全球近三分之一的人口。近年来经济和社会迅速发展,沿海地区人口日益增长,其生活和生产用水需求逐年上升,对地下水的开采量也因此增加,引起多地发生海水入侵现象。海水入侵已经成为全球范围的环境问题,严重威胁沿海地区地下水资源的开发利用,对居民用水安全和区域可持续发展造成不利影响。本文以某沿海地区为例,基于GQISWI、HFE-D和GALDIT对研究区海水入侵现状和脆弱性进行了评价,并对上述模型进行了调整和改进,得到了有价值的认识和结论。研究结果对研究区制定地下水开采策略和采取海水入侵防治对策提供了科学依据,也对我国其他地区海水入侵评价提供了参考。主要研究内容和结论如下:(1)研究区海水入侵现状评价。对比分析单一指标评价法(Cl-、TDS)、特征离子比值法(钠吸附比、咸化系数)和水质指数法(GQISWI)评价结果,综合评价了研究区海水入侵现状。结果表明:基于单一指标和特征离子比值法的海水入侵评价结果不够准确,呈块状分布明显,GQISWI法的评价结果更为准确:研究区南部S11、S12地区海水入侵严重,地下水中Cl-浓度超过17000mg/L,GQISWI值低于10,判断地下水为海水;研究区S8、S9、S10地区地下水GQISWI值约为50,判断地下水为微咸水;研究区内陆S1~S7地区GQISWI值在80以上,判断地下水为淡水。(2)GQISWI空间插值的改进。在反距离权重空间插值法(IDW)中引入渗透系数得到改进的IDW,间接把渗透系数和GQISWI相结合,其结果更加准确。运用基于改进IDW的GQISWI法对研究区海水入侵现状进行评价,结果表明:基于改进IDW的GQISWI法空间分布更加均匀,评价结果更为准确,解决了GQISWI插值结果块状分布的问题。(3)研究区海水入侵演化趋势分析。运用Piper三线图分析了研究区地下水化学组成,在此基础上运用水化学相演化图(HFE-D)研究地下水化学演化,判断地下水淡化和咸化趋势,进而分析海水入侵演化趋势,并在HFE-D的基础上建立了HFE-D指数,结合Arc GIS实现了HFE-D空间分布的可视化。结果表明:研究区地下水化学类型多为Ca-Cl型水,处于咸化阶段;南部沿海地区地下水已经完成淡水向咸水的演化,水化学类型为Na-Cl型咸水;北部内陆部分地区为Ca-HCO3型淡水,少数地区为Na-HCO3型水,存在淡化趋势;总体来看研究区海水入侵情况趋于恶化。研究区HFE-D指数的空间分布结果表明:研究区东北部存在咸化区,可能是由于HFE-D仅根据Cl-和HCO3-的大小关系判断地下水化学演化趋势,易受人为污染影响,内陆地区受含盐废水影响,Cl-浓度高于HCO3-浓度的地区会被HFE-D判断为咸化区。(4)研究区海水入侵脆弱性评价。以GALDIT模型为基础,分别运用单参数敏感性分析、三角模糊数和GQISWI对GALDIT进行改进得到三种改进模型(GALDITW、GALDITR、GALDITGQI),运用皮尔逊相关系数法,通过模型输出结果与TDS的相关性比较出最优模型,并对研究区海水入侵脆弱性进行评价。研究结果表明:敏感性分析、三角模糊数和GQISWI均能对GALDIT做出一定改进,其中GALDITGQI与TDS的相关系数最高,本文确定GALDITGQI为研究区最优脆弱性评价模型。脆弱性评价结果表明:除已经发生海水入侵的沿海地区S8~S12以外,未发生海水入侵的S9东北部地区也为高脆弱性区域,分析其原因,主要为该地区渗透系数较大,含水层通透性高,有利于海水渗入到含水层;同时,该地区含水层厚度大,有利于海水从含水层底部向上扩散,因此该区域脆弱性较高。
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