唐山南部沿海水资源开发引起的环境水文工程地质问题

JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalScienceEdition)

Vol131　No11

Feb.2009

文章编号:1674-0262(2009)01-00-06

唐山南部沿海水资源开发引起的环境水文工程地质问题

阚连合,李昌存,陶志刚

(河北理工大学资源与环境工程学院,河北唐山063009)

关键词:水资源;环境水文地质问题;环境工程地质问题;唐山南部沿海摘　要:唐山沿海地区是陆地、大气、海洋相交的地区,地质环境脆弱,是地质灾害高发区。对唐山沿海地区因不合理水资源开发而引起的一系列环境水文工程地质问题进行了深入研究,并且提出了唐山沿海水资源可持续利用措施,为唐山市生产力布局向沿海地区转移及其曹妃甸工业区建设提供了地质依据。中图分类号:P56　　文献标志码:A　　唐山南部沿海地区位于古滦河冲积扇扇缘、渤海湾的西北岸,地势低平,海拔0～36m,坡度0126‰～0133‰。这里是唐山经济发展的前沿,许多唐山龙头企业都坐落在这里。而唐山沿海地区地处与海

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洋交汇地带,地质环境有一定的脆弱性,是一脆弱敏感带。唐山市“十一五”规划中提出要加快城市向沿海发展的推进步伐,加快曹妃甸工业区的建设,将唐山建设成现代化沿海大城市。

随着城市进程加快和大规模工程建设的开展,对水资源的需求量逐年成递增趋势。然而,唐山南部沿海地区广泛分布咸水体,淡水资源缺乏。随着对深层淡水资源日益过量开采(主要集中在溯河以西地区),唐山沿海环境水文地质和环境工程地质问题日益恶化,极大的制约着该地区经济的健康发展。因此,对这些问题进行专门性的研究有重要的意义。

1　唐山沿海水资源开发引起的环境水文工程地质问题类型

唐山沿海水资源开发引起的环境水文工程地质问题　　唐山南部沿海由于其具有特殊的地理位置和水文表1　

地质、工程地质条件,该地区在漫长的水资源不合理开发过程中已经产生了诸多严重的环境水文工程地质问题,如海水入侵、地面沉降等,具体见表1。

因此,在唐山沿海城市建设过程中要正确客观的评估目前环境水文工程地质问题,预测未来水资源开

环境水文地质问题海(咸)水入侵

Seawaterintrusion

环境工程地质问题

地面沉降

Landsubsidence

地下水水位下降漏斗

Groundwaterfunnel

地裂缝

Groundfissure

水体污染(河、湖、近海海水、地下水)

Groundwaterpollution发对该地区环境水文工程地质产生的影响,提前做好

防治措施,实现水资源、环境和社会经济的可持续发展。

2　唐山沿海因水资源开发引起的环境水文地质问题

地质灾害分为自然地质灾害和人为地质灾害,我国地质灾害划分为十大类三十八种。环境水文地质问题是其中的组成部分,由于成灾因素的差异性可以分为自然环境水文地质问题和人为环境水文地质问题。前者是由于天然水动力场和化学场对人类日常生产活动和生活的影响;后者是由于人类在不合理改造大自然的过程中,使天然水动力场和化学场发生改变而引发的环境水文地质问题。由于前者是大自然正常

收稿日期:2008203203

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的活动,不以人的意志为转移,所以我们主要研究后者。

唐山南部沿海地区水资源开发过程中引起的环境水文地质问题主要表现在如下几个方面:211　海(咸)水入侵

海(咸)水入侵是由于超采地下水引发和加剧的地质灾害,它对淡水资源、土地资源、环境资源的

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破坏,直接影响到沿海产业经济的发展。

唐山南部沿海地区咸水体广泛分布于中晚更新世及全新世沉积地层中。咸水体自北向南,自西向东逐渐加厚,西部底界埋深一般40～60m,向东到乐亭一带超过200m。除在乐亭县境内咸水体之上漂浮有浅层淡水之外,其余地区皆为咸水覆盖,垂向上呈咸～淡型双层结构。

根据资料显示,到目前为止唐山海岸带共发生过四次不同规模的海水入侵灾害,具体特征及分布见表2。

表2　唐山沿海地区海水入侵统计表海水入侵次数第一次海侵第二次海侵第三次海侵第四次海侵

距今时间间隔

0115～0116MaB1P

0111MaB1P36KaB1P7～6KaB1P-

海相层底板埋深(m)

140～18080～12020～680～20

海相层地板厚度(m)

3～520～405～523～19

分布范围

滦南和乐亭南部海岸线一带分布范围较小分布范围稍大于第一次

玉田的虹桥～丰润欢喜庄～丰南黄各庄～滦南暗牛淀～乐亭姜各庄～昌黎团林～秦皇岛

　　我们以1978年深层地下中的Cl和矿化度为背景值,2003年,对沿海深层地下水浸染情况进行评价

-中,相当背景值1～2倍和大于2倍的点数约占总评价点数的45%,Cl和矿化度超标面积分别为53717km和约612km,约占总评价区面积的47%和52%,入侵灾害极其严重。

2

2

该地区海水入侵灾害的严重性与其独特的地层结构有很大的关系:唐山沿海是由滦河冲积扇———三角洲组成,其前缘延伸到渤海20m等深线浅海海域,整个区域内含水砂层为一个连续分布的整体,不存在

[3]

隔水边界,为该地区海水顺层侵染提供了条件。目前,深层淡水咸化的原因主要有两个方面:

1)越流侵染。其特点为影响范围广,咸化速率较小,咸水下移速率约为01108m/a。由于成井结构在开采层与上覆咸水底界留有50～80m保护带,咸水影响底界附近淡水体。

2)“天窗”式点状渗透侵染。在深层地下水资源开采过程中,以止水效果不好的工艺不良井或未按规定回填的废弃井为通道,造成的咸水下移。其特点是短期内水质迅速咸化,下移速率约为0119m/a。

综上所述,唐山沿海地区淡水资源、土地资源咸化,环境受到破坏,给社会经济带来巨大损失,直接影响着沿海经济的可持续发展。因此,防御和治理海水入侵,对社会经济发展、资源开发、生态环境保护具有重要意义。212　地下水水位下降漏斗的形成

随着唐山市工农业用水量的日益增加,深层地下水开采呈增长趋势,地下水降落漏斗向着更加恶化的趋势发展。

至2000年末,唐山市共形成四个大型地下水位降落漏斗,即平原区的宁河———唐海漏斗、钱营漏斗、唐山市区地下水多层水位下降漏斗及古冶区水位下降漏斗。

图1　唐山南部沿海2010年地下水降落漏斗发展预测图

　第4期　　　　　　阚连合,等:唐山南部沿海水资源开发引起的环境水文工程地质问题91

　　宁河———唐海地下水位下降漏斗东起乐亭,西至天津宁河县境内,南至渤海湾,北部基本沿咸淡水界线走向,局部地区如丰南市西葛庄一带已延伸至咸淡水界线的北部,为开采型水位下降漏斗。由于沿海地区经济发展不尽平衡,地下水开采强度因地而异。因此,在宁河———唐海漏斗区内形成以汉沽农场、唐海

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县城、丰南尖坨子、丰南西葛庄和乐亭曹庄子等地为中心的五个集中开采区。

根据1995年～2000年历史监测数据,利用灰色理论中的GM(1,1)模型对该地区地下水降落漏斗发展趋势进行预测,预测结果显示:2010年、2015年宁河～唐海漏斗面积将达到355013km及376715222

km,分别比2000年扩大40415km及62117km;2010年漏斗中心水位将达到8414m,比2000年下降119m,2010年到2015年下降减缓。钱营第四系深层水水位下降漏斗2010年、2015年面积将分别为

2222

21110km及21914km,比2000年扩大1510km及2314km;2010年、2015年中心水位埋深将达到6218m及6713m,比2000年分别下降718m和1213m。如果保持现状开采量,宁河———唐海漏斗所包括的五个集中开采区中,汉沽农场集中开采区、丰南尖坨子集中开采区和丰南西葛庄集中开采区地下中心水位在2005～2015年间将大幅度下降,分别下降616m,29m,19m;而唐海县城集中开采区地下水中心水位有回升的趋势,地下水中心水位上升3m;乐亭曹庄子集中开采区地下水中心水位则处于稳定状态,地下水位标高在-21m处上下波动。根据以上预测数据,绘制唐山沿海地下水降落漏斗发展趋势图,具体见图1。

综上所述,唐山沿海地区地下水降落漏斗发展趋势不容乐观。为了减缓现有地下水降落漏斗发展趋势和杜绝新的降落漏斗的产生,必须加大现有水资源的利用效率,有效调配水资源的使用,避免水资源供需失衡。213　水体污染

唐山沿海地区环境污染源多分布在大清河以西地区,主要污染源有工业、农业、渔业和生活污染源,再加上人类不合理开采地下水资源,使唐山沿海地区地表河流、深层地下水和近海水体受到不同程度的污染。

(1)地表河流水质污染

[5]

据2003年对唐山滨海地区水土质量的调查,唐山沿海地表水质状况:唐山沿海河流水质普遍较差,COD、石油类和总磷污染严重,上游工矿企业排污严重污染河口水质。

唐山南部沿海地区,工业废水和养殖业污水主要通过河流排放。排入青龙河工业废水719194×10T/a,其中污染物72261×10T/a;排入双龙河工业废水233160×10T/a,其中污染物1375194×10T/a;排入黑沿子排干工业废水916×10T/a,其中污染物375194×10T/a;排入溯河工

4

4

4

4

4

4

2

业废水375114×10T/a,其中污染物11378142×10T/a;使地区地表河流和排水干渠水质恶化。

(2)深层地下水水质污染

通过对该地区26眼井,21个监测项目的取样评价,发现唐山沿海地区区内深层地下水水质总体情况不是很好,从北向南水质逐级变差。水质较差和极差的区域主要分布在碱厂、零点桥、林雀、南堡、北堡、嘴东、西林、西河、柳赞等地。近海岸地区超标因子主要有:氯化物、铁、锰。

(3)近海海域水质污染

近海岸地区水质为较差区和水质极差区,超标因子主要为氟,局部地区亚盐、COD、铁、锰超标。

南堡开发区海域监测点14个,监测项目19项,监测结果显示COD和石油类分别超标达15%和2311%;锌在该海域13个监测点中有6个点含量超标;铬超标率80%,总铬5512～7816mg/kg,平均值

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为6619mg/kg。

冀东油田海域监测点18个,监测项目6项,监测结果显示本区无机磷污染严重。无机磷主要来源于陆源的污水、废水、径流,其中以双龙河口的污染最为严重。

京唐港海域监测点7个,监测项目1,监测结果显示悬浮物低于三类海水水质标准;无机氮低于二类或略高于二类海水水质标准。无机磷严重超标,海水营养盐含量高。

综上所述,随着冀东油田勘探开发规模扩大,曹妃甸深水大港码头建设,用水量的日益加重,水体污染程度会日益严重,污染将直接威胁着海水养殖和海洋农业的蓬勃发展。

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3　唐山沿海因水资源开发引起的环境工程地质问题

胡广韬教授认为:“环境工程地质问题是环境问题的组成内容,但仅是环境恶化问题的组成部分,它

是在一定的地质本构条件下,由于经济—工程活动并超出环境自控能力的地质环境新变异,从而影响人类生产活动、生活健康、生存安全的环境恶化或环境破坏问题。”唐山沿海因水资源开发引发的环境工程地质问题主要表现在以下几方面:311　地面沉降

地面沉降和海水入侵一样,都是由于超采地下水引发和加剧的人为地质灾害。

唐山海沿海地区地层的岩性结构特征,尤其是粘性土的岩性、厚度、固结性和渗透性是产生地面沉降的内部条件。而该区域人类长期过量开采深层地下水,承压水位持续下降,是产生地面沉降的根本原因。唐山沿海工农业生产、生活用水主要靠抽取地下水,长期集中开采,加之区外袭夺,上游补给水位下降等原因,是该地区水位持续下降。近35年来该区域主要开采层位变差最大达40多米,先后形成南堡开发区、唐海县城及乐亭马头营张庄子一带的地下水降落漏斗,并不断扩大。该地区地面沉降速率等值线与地下水水位下降漏斗界限走向基本一致,地面沉降中心与水位下降漏斗中心基本吻合。

唐山沿海地区地面沉降发展速度十分惊人,1992～1996年资料显示,唐山南部沿海沉降总面积6009km,地面沉降速率的变化律由西南到东北逐渐变缓,零值线位于丰登坞、韩城、开平、塔坨、大马庄、

2

汀流河、会里一线。1983～1996年地面沉降量200～400mm区面积906125km,400～600mm区面积

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16215km。值得重视的是涧河口～黑沿子～南堡嘴东～新华港海岸线地面沉降量均超过200～330mm。1983～1988年沉降速率为3～8mm/a,1988～1992年沉降速率为6～19mm/a,1992～1996年沉降速率为

[5,6]

24～56mm/a。由此可见,1992年以后地面沉降速率明显加快,进入了一个新的沉降阶段。到1996年底,唐山滨海地区累计沉降量已达300～800mm,每年正在以3～5mm/a的沉降率缓慢发展。目前,该地区地面沉降灾害日益得到人们的重视。312　地面塌陷

唐山沿海地区地面塌陷主要表现为岩溶塌陷,是覆盖型岩溶区开采地下水比较严重的环境工程地质问题。在唐山沿海地区,地表被第四系松散沉积物所覆盖,基岩顶部岩溶发育带与覆盖层接触部位由于地下水的升降运动产生潜蚀作用,将覆盖层的土颗粒向岩溶洞穴或裂隙处运移,逐步在接触面附近的土层中形成向上发展的空洞,当外部诱导因素(人为过量抽汲地下水)发生变化足以使覆盖层变形时,便产生岩溶地面塌陷。

唐山地区岩溶塌陷最早可追溯到1920年,自1976年唐山地震以来更为频繁,特别是近些年,随着唐山市城市建设的飞速发展,对水资源的需求不断增加,加速地下水水位下降,为地面塌陷的发生提供了外部力量。唐山地面塌陷主要发生在每的6～10月的降雨季节,最严重的一次发生在1988年6月6日唐山

2

市体育场田径馆的塌陷,塌陷坑呈圆形,长轴9m,短轴8m,深达613m,用200m硬石填平后,于该

[8]

年6月13日再次塌陷。

因此,在唐山沿海城市规划或工程建设布局中最好避开地面塌陷高危区,将工程地质条件优良地区作为未来城市发展的重点地区,确保土工建筑物的安全。

[7]

2

4　唐山沿海水资源可持续利用措施

超量开采地下水资源,也就是抽取了深层地下水的静储量,如果过量开采而长期得不到有效的补给,势必出现越来越深,面积越来越大的漏斗,酿成环境水文工程地质问题的恶化,影响地下水资源的可持续开发利用。要解决水资源的供需矛盾,途经是多方面的:

(1)努力提高唐山沿海及毗邻地区(塘沽、汉沽等地)节水水平,建立节水型城市。在生活和生产中节约用水,这是每个人都能并且十分容易做到的,相关部门还必须大力宣传,发动群众做好节水工作,防止水的浪费。

　第4期　　　　　　阚连合,等:唐山南部沿海水资源开发引起的环境水文工程地质问题93

(2)加强水污染的治理工作。各职能单位和当地企业、居民同心协力治理污染,工业污水争取达标

排放,居民积极监督水资源污染程度并及时上报主管部门,使地表水不自由流失而得到利用,在一定程度上减小深层地下水的开采压力。

(3)开辟新水源。从水源充足的地区利用人工干渠、自然河道、输水管道等,远程调水,人为优化水资源的使用。

(4)提高雨水资源的开发利用[9]。合理加强水库、塘坝和集雨井群的建设,充分利用雨水。

(5)完善法律体系,健全执法机构,尽快制定和完善与流域管理密切相关的水资源规划、治理、利用、配置、节约和保护的。

(6)加强机制创新,改革水价,实行水资源有偿使用和转让。建立用水交易权和许可的水市场,通

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过经济手段调节水的分配,促进水资源的优化配置。

(7)唐山市责成相关部门提高监控与水有关的灾害的能力,保证社会进步、经济发展、环境改善。

(8)改革行政管理,建立水资源统一管理体系。实施“事企剥离,各司其政,实事求是”的原

则,在统一行政部门的宏观指导下门真正做到产权清晰,责权明确,建立用水户参与水管理决策的民主管理机制。

5　结论

目前,唐山沿海地区有北京市、唐山市联合兴建的京唐港和正在建设中的河北省重点建设项目曹妃甸深水港、海港开发区的建设日新月异、曹妃甸工业区建设也在规划之中。本区已经成为唐山市对外开放的龙头。这些大型工程的建设势必受唐山沿海环境地质的制约,在工程建设中必须充分考虑这些环境水文工程地质灾害的影响。因此,对唐山沿海地区进行全面的环境水文工程地质灾害分析与研究,对该地区未来的发展和防灾减灾具有十分重要的经济意义和战略意义。

世界各国都提倡资源的开发与利用要走可持续发展的道路,可持续发展已经成为全球和国家发展的自然选择,已经作为新世纪“自然———社会———经济”复杂系统的发展原则与目标。唐山沿海地区开发程度较低,起步比较晚,具有较大的开发潜力。随着规划重点的转移,该地区开发步伐日益加快。我们要抓紧对该区域灾害地质因素的深入研究,提出合理有效的水资源开采措施,对水资源要全面普查、统一规划、合理开发、节约使用、减少排污,使水资源的开采和环境水文工程地质问题的研究有机结合起来,为决策部门和工程建设部门提供科学依据。消除和预防各种灾害的发生,使唐山海岸带建设走上一条绿色生态之路。

参考文献:

[1]　刘锡清.我国海岸带主要灾害地质因素及其影响[J]1海洋地质动态,2005,21(5):23242.

[2]　陈梦雄,等.“八五”水文地质、工程地质、环境地质研究的主要成就与进展(连载四)[J]1地质科技管理,1998,5:45249.[3]　左文喆,董军义.唐山沿海开发应综合考虑的环境地质问题[J]1资源与产业,2006,8(1):82285.[4]　河北省唐山市地质环境监测报告1河北省地质环境监测总站,2001:612701

[5]　杨燕雄,周振祥,刘松涛,等1河北省唐山市京唐港综合地质调查报告[R]1河北省地勘局秦皇岛矿产水文工程地质大队,2003,

12:65274.

[6]　张洪波,郭润瑞,姜先桥,等.唐山沿海环境地质调查与评价[J]1河北省环境地质勘察院,1998:412421

[7]　李相然,韩德亮,宗学刚,等1沿海地区水资源开发引起的环境水文工程地质问题分析[J]1宁夏工程技术,2002,1(1):182

22.

[8]　李明朗,刘玉海.中国城市地质[M]1北京:中国大地出版社,2005:121651[9]　金光炎.水文水资源分析研究[M]1南京:东南大学出版社,20031[10]　秦大河.全球水循环与水资源[M]1北京:气象出版社,20031

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StudyonEnvironmentalHydrologicalandEngineeringGeologicalProblemsCaused

byWaterResourceExploitationinCoastalRegionofTangshan

KANLian2he,LIChang2cun,TAOZhi2gang

(CollageofResourcesandEnvironment,HebeiPolytechnicUniversity,TangshanHebei063009,China)Keywords:　waterresource;environmentalhydrologicalgeologicalproblems;environmentalengineeringgeologicalproblems;coastalregionofTangshan

Abstract:　ThecoastalregionofTangshanistheland,atmosphericandoceanintersectionarea.Itsgeologicalenvi2ronmentisfrailandthegeologicdisasterhappenedherefrequently.Environmentalhydrologicalgeologicalproblemsandenvironmentalengineeringgeologicalproblemscausedbywaterresourceexploitationarestudied,andprovidesthegeologicalbasisfortheTangshanproductivitylayouttransferstothecoastalareaandtheCaoFeidianport2engi2neeringconstruction.

(上接第88页)

参考文献:

[1]　R.J.Glauber,TheQuantumTheoryofOpticalCoherence,Phys.Rev.130,2529(1963);CoherentandIncoherentStatesoftheRadiationField,

131,2766(1963).

[2]　G.S.AgarwalandK.Tara,NonclassicalPropertiesofStatesGeneratedbytheExitationsonaCoherentState,Phys.Rev.A43,492(1991).[3]　C.Quesne,CompletenessofPhoton2addedSqueezedVacuumandOne2PhotonStatesandofPhoton2addedCoherentStatesonacircle,Phys.Lett.A

288,241(2001)1

[4]　I.S.GradshteynandI.M.Ryzhik,TableofIntegrals,SeriesandProducts(Academic,NewYork,1965).[5]　曹昌祺1辐射和光场的量子统计理论[M]1北京:科学出版社,20061

SqueezingCharacterofSqueezedPhoton2addedCoherentStates

JIAXin2juan

(DepartmentofMathematicsandPhysics,Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’anShaanxi710032,China)Keywords:　squeezedphoton2addedcoherentstates;squeezingoperator;fieldquadrature;squeezingcharacter

)a+mα〉Abstract:　Thispaperintroducesthesqueezedphoton2addedcoherentstatesdefinedbyα,m,ξ〉=S(ξ)asqueezingoperatoruptoanormalizationconstant,whereα〉isacoherentstate,manintegerandS(ξ.Itstudiesthemathematicalandphysicalpropertiesofsuchstates.Phasesqueezingcharacterofthefieldsinsuchstatesisdemonstrated.Theconclusionshowsthatthemorefieldquadraturexissqueezed,thelargersqueezingparameterbe2comes1