[摘要]本文是在專項(xiàng)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，論述了硇洲島海水入侵發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境背景、地下水開發(fā)利用和海水入侵現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了海水入侵的成因機(jī)理、入侵方式及影響因素，提出了調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、分層控制地下水開采量、回填“串層井”、蓄水補(bǔ)源、加強(qiáng)地下水資源管理等切合客觀實(shí)際的防治對策。
　　[關(guān)鍵詞]硇洲島，香蕉，高位蝦池，海水入侵，防治對策
　　
　　
　　1.前言
　　硇洲島位于廣東省湛江市東南40km的海域上，面積56km2，人口約4.6萬。島上沒有河流和大中型水庫，地下水是該島唯一的供水水源。自20世紀(jì)90年代初臨海地帶個(gè)別民井開始出現(xiàn)水質(zhì)變咸以來，已造成島上沿海地帶21個(gè)村莊近萬人出現(xiàn)飲水困難，海水入侵面積已占全島總面積的三分之一（達(dá)18km2），最大入侵距離達(dá)1.3km。特別是近年，隨著海水入侵范圍逐年擴(kuò)大和逐漸向深部含水層滲透，引發(fā)了島上居民對未來用水和生存環(huán)境的憂慮，已成為制約該島社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和影響社會安定的重要因素。查明海水入侵現(xiàn)狀和形成原因，采取針對性的防治對策拯救寶貴的地下淡水資源，已成為當(dāng)?shù)卣�府及島上居民的共同心愿。2006年在廣東省地質(zhì)勘查局地質(zhì)科學(xué)研究基金資助下，廣東省地質(zhì)局水文工程地質(zhì)一大隊(duì)開展了“湛江市硇洲島海水入侵初步研究”工作，本文是在這次專項(xiàng)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上總結(jié)而成。
　　2.地質(zhì)環(huán)境背景
　　2.1地形地貌
　　硇洲島是中晚更新世時(shí)期由基性玄武巖漿噴發(fā)形成的一個(gè)火山島嶼，屬玄武巖臺地地貌。地形總體酷似一個(gè)浮出海面的“海龜”，以中部偏東的燈塔火山口為中心向四周緩降。地面高程一般10~50m，燈塔火山口（82.5m）是全島的制高點(diǎn)。
　　2.2地層巖石
　　研究區(qū)地表除了環(huán)島海邊局部出露小面積的第四系全新統(tǒng)近現(xiàn)代海相堆積（Q4meol、Q4m），以及東南部點(diǎn)狀出露第四系下更新統(tǒng)湛江組地層外，島上絕大部分區(qū)域均被第四系上更新統(tǒng)湖光巖組（Q3h）噴溢相火山巖及其風(fēng)化殘積土覆蓋，下伏地層為第四系下更新統(tǒng)湛江組（Q1Z）。據(jù)前人鉆探揭露，深部為第三系下洋組（N2x）、潿洲組（N1w）松散～微固結(jié)巖層，基底為寒武系八村群（Єbc）地層。
　　2.3水文地質(zhì)特征
　　硇洲島位于雷瓊斷陷自流盆地東北部，自第三紀(jì)以來沉積了一套厚愈千米的第三、第四系砂性土和粘性土相間的松散—半固結(jié)沉積物，由于后期火山噴發(fā)導(dǎo)致地表普遍覆蓋著一層數(shù)米—數(shù)十米的火山巖被。其中含水、透水的砂性土和孔洞裂隙發(fā)育的火山巖是本區(qū)主要含水層，粘性土層為相對隔水層。由于含水層與隔水層相互疊置，構(gòu)成了雷州半島地區(qū)獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)含水層組。根據(jù)地下水埋藏條件、水力特征以及本島的實(shí)際情況，大致可將島內(nèi)的地下水分為淺層潛水—微承壓水（埋藏深度一般＜50m）、中層承壓水（50~200m）和深層承壓水（＞200m）三大含水層組。
　　島內(nèi)的淺層地下水主要由火山巖孔洞裂隙水和湛江組上部微承壓孔隙水組成，其補(bǔ)給、逕流、排泄自成體系，是一個(gè)完全獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。天然條件下，淺層地下水獲得降雨補(bǔ)給后，除一部分消耗于人工開采和越流補(bǔ)給中層地下水外，另一部分則隨山勢地形自高往低向四周逕流，最終以泉的形式流出地表或滲流入海。由于島內(nèi)大部分地區(qū)火山巖底板位于海平面之下，淺層地下水與海水存在著密切的水力聯(lián)系，當(dāng)陸域地下水位低于海平面時(shí)，就會造成海水倒灌（海水入侵）。中深層地下水含水層則與陸地同層位含水層相連，除接受島內(nèi)淺層地下水的越流補(bǔ)給外，還接受島外來自大陸方向同層地下水的側(cè)向補(bǔ)給，以及通過火山口和隔水層缺失的“天窗”獲得上、下含水層的越流補(bǔ)給。
　　2.地下水開發(fā)利用及海水入侵現(xiàn)狀
　　2.1地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀
　　據(jù)調(diào)查，硇洲島大量開發(fā)利用地下水大致始于1992年，此前地下水開采井及開采量極少，農(nóng)村生活飲用水多以一村一井或每戶一口手搖井的形式開采淺層地下水供水，農(nóng)業(yè)以旱作物為主，農(nóng)業(yè)用水主要靠降雨及集雨水池塘供水灌溉，僅有幾個(gè)企事業(yè)單位開采中深層地下水供水，由于地下水開采量遠(yuǎn)小于補(bǔ)給量，淺層地下水一直保持正態(tài)流動，沒有發(fā)生過海水入侵現(xiàn)象。自從1992年開始大面積種植高耗水的香蕉，以及1996年9615號超強(qiáng)臺風(fēng)導(dǎo)致沿海灘涂對蝦養(yǎng)殖場遭受重大損失、內(nèi)遷發(fā)展“高位蝦池”以來，香蕉和海水養(yǎng)殖已逐漸發(fā)展為支撐硇洲鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的兩大支柱產(chǎn)業(yè)，島內(nèi)地下水開采井和開采量逐年增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前島內(nèi)共有香蕉種植面積2.6萬畝（占該島種植總面積的86.7％），對蝦養(yǎng)殖面積0.17萬畝（其中高位蝦池約400畝），各類開采井2240眼，開采井平均密度達(dá)40眼/km2，地下水開采量2346萬m3/a。其中：農(nóng)業(yè)灌溉井1346眼，開采量約1930萬m3/a，占總開采量的82.3%；水產(chǎn)養(yǎng)殖開采井243眼，開采量約136萬m3/a；人畜飲用及工業(yè)用水井651眼，開采量約280萬m3/a。據(jù)計(jì)算，目前島內(nèi)淺層地下水和中層地下水的開采量均超過了地下水允許開采量（表1），總量超采近1倍，其中淺層地下水已嚴(yán)重超采。掠奪性超采造成該島淺層水水位快速下降和在沿海地帶形成大面積水位負(fù)值區(qū)，六竹—晏庭、潭北灣、潭北湖等地地下水位標(biāo)高已低于海平面15m以上。
　　表1各層地下水開采程度一覽表
　　地下水類型 淺層地下水 中層地下水 深層地下水 合計(jì)
　　允許開采量(萬m3/a) 424 511 241 1176
　　實(shí)際開采量(萬m3/a) 1600 646 100 2346
　　開采程度(%) 377.4 126.4 41.5 199.5
　　2.2海水入侵現(xiàn)狀
　　硇洲島海水入侵大致可按其入侵方式劃分為水平入侵和垂向入侵兩種類型。
　　2.2.1水平入侵及危害現(xiàn)狀
　　據(jù)調(diào)查，硇洲島發(fā)生海水入侵始于1992年大量種植香蕉之后，至2004年，其入侵范圍僅局限于北海岸的晏庭、港頭、后角、煙樓村及南部的英明村等幾條臨海村莊，海水入侵面積大約僅有5km2，入侵距離一般在300m以內(nèi)。2004~2006年，由于氣候特別干旱，期間不僅降雨量少、持續(xù)時(shí)間長，而且農(nóng)灌用水量比任何年份都要大，地下水位隨著開采量增加而逐漸下降，隨著降落漏斗和低于海平面的負(fù)值區(qū)不斷擴(kuò)展，海水入侵范圍快速向內(nèi)陸延伸，形成了除硇洲鎮(zhèn)所在地之外的環(huán)帶狀海水入侵區(qū)（圖1），海水入侵總面積達(dá)18.0km2，約占硇洲島陸地總面積的三分之一。平面入侵距離一般在500~1000m左右，最大達(dá)1300m。已造成沿海近岸地帶約有21條自然村近萬人因海水入侵水質(zhì)咸化而導(dǎo)致飲用水困難，數(shù)百眼機(jī)井因無水可抽或水質(zhì)變咸而報(bào)廢，近千畝沿海低洼地段的農(nóng)田變?yōu)辂}堿化沼澤地，1000多畝耕地因灌溉水質(zhì)咸化的地下水而土地板結(jié)，種植的香蕉大幅度減產(chǎn)，數(shù)百眼機(jī)井因無水可抽或水質(zhì)咸化而報(bào)廢。
　　根據(jù)淺層地下水的水質(zhì)情況（氯離子含量）和使用功能，硇洲島海水入侵的危害程度大致可劃分為三個(gè)級別區(qū)：嚴(yán)重區(qū)分布面積約14.2km2，該區(qū)地下水中氯離子含量一般大于1.0g/L（南部英明村民井最高達(dá)8.9g/L），淺層地下水大部分已變?yōu)橄趟�，已完全失去利用價(jià)值；輕微區(qū)分布面積約3.8km2，該區(qū)地下水中氯離子含量一般在0.25~1.0g/L，淺層地下水多為苦咸味明顯的微咸水，已失去部分利用功能；未受影響區(qū)位于硇洲島中部，分布面積約38.0km2，淺層地下水水質(zhì)幾乎未受到海水入侵的影響。
　　
　　圖1硇洲島海水入侵現(xiàn)狀圖
　　2.2.2垂向入侵及危害現(xiàn)狀
　　海水垂向入侵含水層主要由“高位蝦池”滲漏及已發(fā)生海水入侵區(qū)內(nèi)的“串層井”引起。海水養(yǎng)殖也是硇洲島支柱產(chǎn)業(yè)之一，自從1996年沿海灘涂養(yǎng)殖蝦池遭受9615號超強(qiáng)臺風(fēng)和海潮襲擊后，有大量蝦池遷入“內(nèi)陸”（稱之為高位蝦池），據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，島內(nèi)共有“高位蝦池”約400多畝，由于“高位蝦池”池底和養(yǎng)殖廢水在排放過程中出現(xiàn)滲漏，造成海水（咸水）污染淺層地下水范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，如北部六竹—六羅村及下大倫—擔(dān)水村一帶因受上游蝦池的影響，氯離子含量增高以致失去了利用價(jià)值。在已遭受海水入侵地下水咸化區(qū)，有許多深度＜50m的淺層水開采井或因水質(zhì)變咸不能用于灌溉或水位下降無水可抽，不得不加深或新打機(jī)井開采中層地下水，由于這些開采井密集、開采層位集中（井深80~100m）、沒有進(jìn)行分層止水，加上成井時(shí)為增加出水量普遍實(shí)行管外填礫、全孔下入濾水管，當(dāng)這種溝通上下含水層的“串層井”或廢棄機(jī)井停止抽水時(shí)，就成了海水入侵的管道，導(dǎo)致局部中層地下水出現(xiàn)了咸化，在不斷往深部追逐開采更深層地下淡水的過程中也逐漸將海水引向深部，就形成了垂向海水入侵和惡性循環(huán)。
　　3.海水入侵原因分析
　　3.1海水入侵的成因機(jī)制
　　海水入侵是濱海地區(qū)人為超量開采地下水，引起地下水位大幅度下降，海水與淡水之間的水動力平衡被破壞，導(dǎo)致咸淡水界面向陸地方向移動的現(xiàn)象[1]。
　　以往水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，天然條件下，硇洲島淺層地下水水位標(biāo)高等值線以火山口為中心向四周海岸遞減，自高往低逕流和排泄入海，地下水位高于海平面，使該島地下水長期以來未發(fā)生海水入侵現(xiàn)象。但由于近年集中、超量開采淺層地下水，造成沿海地帶地下水位大幅下降和出現(xiàn)大面積水位低于海平面的負(fù)值區(qū)，原始的水動力條件被打破后，便引發(fā)海水沿含水層向“內(nèi)陸”倒灌，形成水平入侵。海水入侵區(qū)的淺層水咸化后，在不斷往下加深開采中深層淡水的同時(shí)，導(dǎo)致了上部咸水通過“串層井”或“混采井”入侵下部含水層，從而形成了該島第二種海水入侵方式——垂向入侵（圖2）。在陸地上修建的“高位蝦池”，不僅稀釋海水和蝦池補(bǔ)水需要開采大量的地下水及增加內(nèi)陸地下水開采量，而且常因池底滲漏和排放咸廢水造成附近及下游地區(qū)地下水咸化，成為本島第三種入侵模式。
　　
　　圖2硇洲島海水入侵模式示意圖
　　3.2影響海水入侵的主要因素
　　3.2.1水文地質(zhì)條件
　　孔洞裂隙發(fā)育的火山巖含水層直接與海水接觸且層位適宜，與海水之間存在著密切的水力聯(lián)系，為海水水平入侵“內(nèi)陸”提供了必要的通道，是海水入侵的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要內(nèi)因；中深層地下水含水層與隔水層互層疊置，而且淺層水與中層地下水之間存在穩(wěn)定的粘土隔水層，如不被人為破壞可起到阻止海水（咸水）向下入侵中深層地下水的作用。
　　3.2.2地形地貌條件
　　硇洲島屬中部高四周低的龜背型地形，是淺層地下水向四周流動奠定了基礎(chǔ)，一定程度上起到減緩海水入侵進(jìn)程和縮小入侵范圍的作用，地形和地下水位標(biāo)高較高的中部火山巖高臺地區(qū)沒有發(fā)生海水入侵現(xiàn)象。北部地勢相對平坦和有多個(gè)港灣向陸區(qū)延伸，是有利于海水入侵和范圍擴(kuò)展。
　　3.2.3氣候條件
　　研究區(qū)的淺層地下水主要來源于大氣降水補(bǔ)給，地下水位動態(tài)的季節(jié)性變化較為明顯。一旦遭遇氣候持續(xù)干旱年份或季節(jié),一方面地下水補(bǔ)給量減少,另一方面地下水需求量和開采量大幅增加，就會導(dǎo)致地下水位快速下降，對海水入侵起加速作用。如2004～2006年該島遭遇連續(xù)三年干旱（降雨量小于年均降雨量20％～40％）期間，隨著地下水開采量大幅增加，海水入侵面積迅速增加至18km2。但在降雨量充沛或風(fēng)調(diào)雨順的年份，雨水補(bǔ)給地下水，又可起到抬升地下水位、降低地下水礦化度和縮小海水入侵范圍的作用。據(jù)訪，雨季及地下水開采量小的季節(jié)，水的咸度小，咸水入侵線有所退縮；干旱年份和用水量多的季節(jié)，特別是連續(xù)幾天強(qiáng)力抽水時(shí)，抽水時(shí)間越長，咸度越大，入侵距離增加。
　　3.2.4人類活動
　　調(diào)查研究表明，硇洲島海水入侵是不合理開采地下水引發(fā)的。主要表現(xiàn)于：大量種植高耗水的香蕉和采用漫灌方式灌溉，不僅不符合該島水資源短缺的客觀實(shí)際，而且造成了大量寶貴的地下水資源白白浪費(fèi)；盲目利用沿海低地和在陸地興建“高位蝦池”發(fā)展海水養(yǎng)殖，不僅人為地將海水引入內(nèi)陸、海岸線內(nèi)遷，而且蝦池及排水渠道滲漏造成地下水污染；地下水資源開發(fā)利用缺乏統(tǒng)一管理、規(guī)劃，按需打井取水造成開采井密集和開采層位高度集中，以及地下水位大幅下降；打井質(zhì)量低劣，沒有分層止水，大批的淺—中層地下水混合開采井（“串層井”）變成海水入侵中深層地下水的通道。
　　4.防治對策
　　針對硇洲島海水入侵特點(diǎn)和形成原因，符合該島客觀實(shí)際的海水入侵預(yù)防與治理對策可從如下幾方面考慮：
　　4.1調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，全面推行節(jié)水灌溉
　　香蕉種植業(yè)是島內(nèi)用水大戶，其用水量約占全島總用水量77％，大幅減少香蕉灌溉用水量是防治海水入侵之根本。一方面通過調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，逐步減少香蕉種植面積和大力發(fā)展適應(yīng)性作物（耐旱）實(shí)現(xiàn)部分減量，按目前灌溉定額和減少3000畝香蕉種植面積計(jì)算，可減少灌溉用水量約200萬m3；另一方面可通過節(jié)水灌溉技術(shù)實(shí)現(xiàn)減量，根據(jù)鄰區(qū)成功經(jīng)驗(yàn)[4]推算，如果全島實(shí)行噴灌、滴灌、微灌等節(jié)水灌溉新技術(shù)，每年大約可節(jié)水1000萬m3。可見，調(diào)減用水量后，全島地下水的開采量基本與允許開采量一致，平衡開采的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。
　　4.2分層控制地下水開采量
　　硇洲島的海水入侵是由于超量開采淺層地下水引起的，因此，要防止其入侵就必須調(diào)控各分層的地下水開采量，并將其限制在允許開采量范圍之內(nèi)。鑒于歷史上開采不平衡，已造成不同含水層組的地下水資源潛力存在較大差異，因此調(diào)控方法、程度必須符合各開采層客觀實(shí)際，分層控采措施主要有：
　　4.2.1大幅減采或禁采海水入侵區(qū)淺層地下水
　　在水位低于海平面的負(fù)值區(qū)及已發(fā)生海水入侵的沿海地區(qū)，通過關(guān)閉所有淺層地下水開采井，以實(shí)現(xiàn)水位逐漸恢復(fù)、地下水含鹽度逐漸降低、降落漏斗和海水入侵區(qū)面積逐漸縮小、保持地下水位高于海平面和正態(tài)流向?yàn)檎{(diào)控目標(biāo)；在未發(fā)生海水入侵的中部地區(qū)，通過調(diào)減淺層地下水開采量，可實(shí)現(xiàn)增加地下逕流量和控制海水入侵進(jìn)一步擴(kuò)展的目的。
　　4.2.2適量調(diào)減中層地下水開采量
　　目前中層地下水超采量不大，可通過封填海水入侵區(qū)內(nèi)的“串層井”和調(diào)整開采層位、取水深度實(shí)現(xiàn)平衡開采。
　　4.2.3適當(dāng)增加深層地下水開采量
　　由于深層地下水仍有一定的開采潛力，在淺、中層地下水已咸化的海水入侵嚴(yán)重區(qū)，可開發(fā)利用深層地下水作為集中供水水源，解決農(nóng)村及城鎮(zhèn)區(qū)居民的生活飲用水問題，一定程度也是減輕淺、中層地下水資源壓力之舉措。
　　4.3蓄水補(bǔ)源，增加地下水補(bǔ)給
　　充分利用島內(nèi)溝谷、洼地等有利的地形地貌條件興建攔蓄雨水及地表徑流的集雨蓄水庫（山塘、水池），不僅可通過庫底自然滲漏或修建回灌坑、滲井、滲渠等人工回灌工程增加地下水補(bǔ)給量，而且也可起到豐蓄枯用、改變農(nóng)灌用水過度依賴地下水的局面和減輕地下水資源壓力的目的。
　　4.4封填“串層井”，堵塞垂向入侵通道
　　為防止海水繼續(xù)向下入侵深部含水層，必須封填已發(fā)生海水入侵區(qū)所有的“串層井”。建設(shè)在陸地上的“高位蝦池”必須限期遷往海岸灘涂地帶，對于近期未能外遷的，池底必須采取嚴(yán)格的防滲措施，并安裝專門的管道保證養(yǎng)殖廢水直排入海。
　　4.5科學(xué)管理，積極保護(hù)
　　4.5.1加強(qiáng)地下水資源管理
　　對全島地下水資源開發(fā)利用必須實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理。盡快編制硇洲島地下水資源開發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃，制訂與“水法”配套的地方性法規(guī)和制度，嚴(yán)格實(shí)行地下水資源開采總量控制和取水許可制度，把地下水開發(fā)利用納入法制化、規(guī)范化和科學(xué)化管理的軌道，徹底改變目前的盲目打井、超采濫用、按需取水的局面。
　　4.5.2重新調(diào)整開采井布局
　　重新調(diào)整開采井布局和開采層位，是今后一定時(shí)期防止和治理海水入侵的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。地下水開采必須堅(jiān)持分散、分層開采，科學(xué)布置開采井的位置、井距、深度、取水層位，限制開采井密度和開采量。提高機(jī)井施工和成井工藝，規(guī)范打井行為，在海水入侵區(qū)新增機(jī)井必須將淺層水與中層水隔離（分層止水），嚴(yán)禁新建混合開采井（串層井），是防止海水垂向入侵中層地下水含水層的關(guān)鍵。
　　4.5.2建立地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和預(yù)警系統(tǒng)
　　盡快建立地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng),及時(shí)掌握地下水水位、水質(zhì)變化情況及海水入侵災(zāi)害的演變趨勢和危害程度，為及時(shí)調(diào)整開采方案和有效防治海水入侵提供科學(xué)的決策依據(jù)。
　　5.結(jié)語
　　⑴硇洲島海水入侵面積已占該島總面積的三分之一，而且具有逐漸入侵深部含水層的趨勢，海水入侵及其危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。如若任其發(fā)展，島內(nèi)的淡水資源勢必在不久的將來出現(xiàn)枯竭，人類生存環(huán)境和社會穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展將面臨嚴(yán)重的威脅，防止和治理海水入侵已迫在眉睫。
　　⑵超采地下水是引發(fā)硇洲島海水入侵的主要原因，大量種植香蕉和采用落后的灌溉方式是造成海水入侵之根源。在影響海水入侵的諸因素中，水文地質(zhì)條件和地形地貌條件是海水入侵的基礎(chǔ)因素，不合理的人類活動是海水入侵的誘發(fā)因素，氣候條件是海水入侵的加劇因素。
　　⑶針對硇洲島海水入侵特點(diǎn)和形成原因，符合該島客觀實(shí)際的海水入侵防治對策主要有：調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，全面推行節(jié)水灌溉；分層控制地下水開采量；蓄水補(bǔ)源，增加地下水補(bǔ)給；封填“串層井”，堵塞垂向入侵通道；科學(xué)管理，積極保護(hù)等。
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