拟建胶莱运河可能产生的地质灾害与环境问题探讨

张春山  吴树仁  马寅生  谭成轩  张永双

中国地质科学院地质力学研究所  北京  100081

摘要：本文概述了拟建胶莱运河工程附近主要发育的海水入侵、风暴潮、水灾和旱灾、地震砂土液化、水资源缺乏、地表水污染等地质灾害与环境问题，探讨了拟建工程可能引发或加剧风暴潮、海水入侵、地下水环境变化、土地盐渍化和岸坡稳定性等地质灾害或环境问题。对工程建设前的预研究方面提出了建议，以探讨问题的解决方法或措施。

关键词：胶莱运河，地质灾害，环境问题，建议

1        拟建工程概况

我国知名海洋学者、山东省海洋与渔业厅副厅长王诗成最近提出，鉴于山东半岛两侧的胶州湾、莱州湾近年来污染不断加重，如果能够开凿一条贯通两湾的胶莱人工海河，将有效加快水体交换能力，改善生态环境。山东省政府有意向中央提出修建胶莱运河工程，此举可大大缩短渤海与黄海的航线距离。

设想中的胶莱运河全长约130公里，地处胶东丘陵与泰沂山区中间，地面平均高度较低，便于开凿。通航以后，比绕过烟台、威海缩短行程330公里。这样一来，连云港至天津的运输距离可缩短1/3，青岛至天津则可以减少航程2/3。按照当前一般轮船航速15节左右计算，单程可以节省20个小时以上，而且避开了黄海、渤海、东海的波涛风浪，航行的安全概率大大提高。在预研方案中提出开挖深度为6-10米。6米水深可通6000吨左右的货轮，10米可通万吨轮。

2005年8月15日省海洋与渔业厅在青岛召开了胶莱人工海河项目前期预研方案论证研讨会。会议邀请了来自中科院海洋所等9个单位15位专家（含院士7人），会议形成了专家论证意见。8月25日刘瑞玉、丁德文、文圣常、赵法箴四位院士和相建海、王志远、孙书贤三位国内知名专家向韩寓群省长并省政府呈送了“关于胶莱人工海河项目前期预研工作的建议”。

    2005年9月28日韩寓群省长在省政府办公室接见了胶莱人工海河项目前期预研方案组长、省海洋与渔业厅副厅长王诗成同志，韩省长在听取胶莱人工海河专家论证研讨会情况的简要汇报后，就关心的几个问题作了进一步的了解。指示：胶莱人工海河是一个事关山东乃至环渤海和黄海地区生态、经济、社会发展的重大系统工程，工程项目涉及到黄海和渤海两大水系，涉及到自然环境、生态环境、经济格局、社会环境的重大改变，其前期研究所面对的问题极富挑战性。因胶莱人工海河工程浩大，难点问题多，科技含量高，从目前看，项目立项及正式开展可行性研究的条件尚不成熟，其中一些关系项目能否成立的关键问题还难以实施，亟需开展专题研究，如胶莱人工海河流路选线、水动力可行性模拟试验以及项目经济、社会、生态效益分析等。通过有选择的先期研究，可以加深对一些问题认识，释疑止争，可以从实际出发确定海河建设的功能定位，可以促进相关领域的科技研究和使更多的人关注生态环境问题。……

2        地质灾害与环境现状

2.1 台风和风暴潮灾害。

青岛是我国北方台风和风暴潮灾害最严重的地区之一。据统计，新中国成立以来，平均每年危害青岛市区的热带气旋1.2次，危害所辖市的热带气旋0.4－1.2次。形成大风、暴雨和风暴潮灾害的年平均次数分别为0.6次、0.4次、2.0次。如1981年9月初的8114号台风、1985年8月中旬的8509号台风、1992年8月底的9216号台风、1997年8月中旬的9711号台风都给青岛造成严重破坏损失^[1]。

2.2 海水入侵

   拟建工程区海水入侵是1976年在莱州市滨海平原首先发现的，主要由超量开采地下水而形成。随后在渤海沿岸、黄海沿岸一些海岛也发生海水入侵现象。海水入侵速度越来越快，规模越来越大。灾害最严重的地区为莱州湾南岸的小清河、弥河、潍河、胶莱河河口和莱州湾东岸的虎头崖－屺姆角一带，行政辖区为广饶县、寿光县、潍坊市、昌邑市、平度市、莱州市、招远市、龙口市的部分乡镇。其次零星分布在蓬莱市、长岛县、烟台市和海阳县、即墨市、胶州市等沿海地区的小面积海水入侵活动。累计面积730.7km2（表1、图1）。

表1 山东半岛地区海水入侵分布简表

(赵德三等［2］，1991；张梁等1998［1］)

莱州湾南岸的小清河、弥河、潍河、胶莱河河口平原地区，在70年代以前地下咸淡水分布稳定，70年代中期以后，随着持续超量开采地下水，发生咸水扩侵，开始仅在广饶县的局部地区发现淡水变咸，后来迅速发展到广饶、寿光、潍坊、昌邑、平度的沿海地区。例如寿光县1981年－1989年，咸淡水界面向南推移1777m，平均扩侵速度197m/a，其中1988年一年扩侵258m。

莱州市海水入侵发展最快，灾情最严重。1976－1989年，海水入侵面积累计达238.2 km2 (表2)，占全市滨海平原总面积的80％以上［4-6］。

2.3 旱灾与水灾

旱灾。青岛属中国北方严重干旱区，多年平均降水量770mm，地表河川年径流系数20－30％，地下水资源贫乏。近40年干旱频率达60％。除农业灌溉和人畜饮水困难外，青岛市生活和工业用水平均缺水率31％。干旱缺水除严重影响人民生活外，每年减少工农业产值几十亿元；因持续超强度开采地下水引起地面沉降、海水入侵灾害。

水灾。青岛市平均暴雨日数3－5天，其中大暴雨日数1－2天，日最大降雨量150－250mm。部分地区发生洪涝灾害。

图1 胶莱运河地区主要水文地质环境问题分布图

(据山东省地质矿产局［3］，1996)

表2 山东省莱州市海水入侵速度变化

(据赵德三［2］，1991；张梁等1998［1］)

2.4 地震活动性与砂土液化

拟建工程区地震烈度北部Ⅶ度区，南部为Ⅵ度区。地震动峰值加速度为0.05-0.15之间(图2)。西部为著名的郯庐断裂带，其北端在莱州湾处延伸入海，区域地壳活动性较强(图3)。局部粉土、粉砂发育地区存在砂土液化的问题。

图2 胶莱运河附近地震动峰值加速度分布图

(据科技部国家计委国家经贸委灾害综合研究组^［7］)

图3 山东半岛断裂构造分布图

(据邓起东，2004)

2.5 水环境状况

本区水资源比较贫乏，现已建有引黄济青干渠。拟建工程区地层主要为K系砂岩、页岩和第四系松散堆积层。第四系埋藏厚度除北部胶莱河河口处为20-80米处，其它地区一般小于20米。地下水类型主要为碎屑岩裂隙水和松散岩类孔隙水。在北部莱州湾平原地区和南部胶州湾平原地区，地下水类型主要为Cl∙HCO₃－Na∙ Ca为主，矿化度一般>2mg/l，莱州湾近海岸矿化度可达10-50 mg/l。近海岸区均发生不同程度的海水入侵，尤以莱州湾最为严重。在中部的胶莱河流域主要以HCO₃∙SO₄－Na∙ Ca型水为主，矿化度一般<1mg/l。地下水位埋深一般4-8m。

地表水体污染主要分布在大沽河下游地段，地表水污染严重。胶州湾内海水也有不同程度的污染。

2.6 土地环境状况

盐渍土(盐碱地)主要分布在莱州湾平原。近年来随着地下水位的下降和土壤改良，盐渍土(盐碱地)的危害程度有所减轻。

莱州市农业生产受盐碱地危害比较严重，受害耕地27.1万亩，其中2万亩已变成颗粒无收的不毛之地，全市粮食总产由5 亿公斤左右下降到3.5亿公斤左右。

3 建设胶莱运河可能产生或加剧的地质灾害与环境问题

3.1风暴潮灾害

由于开挖后的运河深约10米，宽约200米，一旦发生风暴潮灾害，海水将可能沿运河导入更远的内陆地区，加大了运河两岸遭受风暴潮灾害的可能性。

3.2海水入侵灾害

运河开通后，如果防渗措施不当或防渗措施遭受破坏，都将导致运河两岸发生海水入侵灾害。此外，如果两岸在经济活动中发展海水养殖业，也将导致海水入侵。海水入侵的危害主要表现为以下几个方面：①可能会引起供水井报废。②造成人畜用水困难，地方病蔓延，居住生活条件恶化。③耕地退化，灾区耕地逐渐盐碱化，由此造成农作物减产或绝收。④影响工业发展布局。

3.3地下水环境问题

随着运河的建成开通，运河两岸的地下水环境将发生改变。

首先，地下水的补径排状态会发生变化。原来的季节河流与地下水之间存在着密切的水力联系，雨季河水入渗补给地下水，地下水水量增大，地下水矿化度降低；枯水季节，河中无水，失去入渗补给地下水功能，潜水位趋于平缓，地下水矿化度升高。可见，河流对地下水的水量和水质有一定的调节作用。而运河开通后，运河中全为海水，将丧失原来调节地下水水量和水质的功能。

第二、水资源量变小，需要引输外部水源。由于运河失去原来河流的调节作用，必然会引发地下水资源的量减少，同时，由于得不到河水的季节性补给，运河两岸也出现水质恶化现象。这无疑对本来就不充足的水资源来说是雪上加霜，势必会造成水资源严重短缺。这就可能不得不加大从区域外引输更多的水源。

3.4土地盐渍化问题

海水的比重大于淡水的比重，运河开通后，如果防渗措施不当或防渗措施遭受破坏，可能会使局部海水与淡水存在水力联系，可使运河两岸的淡水位升高，有利于盐渍化土地的发展。

海水入侵和运河两岸的海水养殖均可能造成地下水中矿化度增高，从而引起运河两岸的土地发生盐渍化或使盐渍化加剧，从而造成农作物减产或绝收。

盐渍化土地不仅导致农作物减产，还可导致植物群落开始由陆生栽培作物逆转为耐盐碱野生植物。这种以水、土和生物为核心的综合性环境恶化，可能会打乱这些地区城镇发展布局和工农业生产规划，干扰和破坏当地社会经济的正常发展，使本地区持续发展条件遭到破坏。

3.5 运河岸坡稳定性问题

由于本区地震活动性较强，局部地区分布有粉土和粉砂等第四系堆积物，在饱水状态下极易发生砂土液化现象，对边坡的稳定影响较大，可能会造成堤坝或防治工程破坏。

4 结语与建议

由于拟建工程可能会引发一些地质灾害和环境问题，建议应加强以下几方面的研究工作，以探讨问题的解决方法。

4.1 进行风暴潮、海水入侵、土地盐渍化等灾害和地质环境问题现状、形成规律和发展趋势等方面的研究

通过对风暴潮、海水入侵和土地盐渍化等灾害现状和地质环境问题的研究，研究其形成的规律和发展演化趋势，提出拟建工程可能引发或导致的地质灾害和环境问题，提出合理解决的办法或措施。

4.2进行海平面变化研究，防止风暴潮等灾害

本区历史上曾多次发生过海侵事件，形成了多期贝壳堤，并形成咸水层^［8］。进行现今海平面变化研究，确定海平面升降的年平均速率，以及海平面变化对风暴潮或海水入侵的影响。特别是注意研究最高潮水位，确保工程修建的堤坝高度高于最高潮水位以上一定的高度，确保运河两岸不会发生风暴潮灾害。

4.3进行区域地壳稳定性研究，保证堤坝等防潮防渗工程强度，防止海水入侵等灾害

在不同的区域构造部位，由于岩性和构造活动性的不同，区域地壳活动性程度不同。研究地壳稳定性，可以为工程建筑物的设计和施工提供抗震强度等方面的依据。此外，胶莱河沿岸发育有大量粉土和粉砂等第四系堆积物，还应进行砂土液化、工程边坡的稳定性等方面的研究工作。如果防潮防渗工程达不到一定强度，就可能在内动力作用下而遭到破坏，从而形成海水入侵等灾害。

4.4进行水土环境研究，预防水质恶化(海水入分)和土壤盐渍化等灾害

研究地下水补给、径流、排泄条件，含水层含水特征，查明地下水各含水层之间的水力联系及地下水资源量的大小。在工程修建后的开采状况下，地下水环境会发生怎样的变化，能否发生海水入侵或水质恶化。研究土壤化学成分及其环境，在地下水水量和水质性变化时，是否会导致土壤盐渍化，采取什么措施进行防治等。

主要参考文献

[1] 张梁、张业成、罗元华等.地质灾害灾情评估理论与实践[M].北京：地质出版社. 1998.

[2] 赵德三. 山东沿海地区海水入侵灾情、趋势及其对策. 论沿海地区减灾与发展，北京：地震出版社，1991.

[3] 山东省地质矿产局主编.山东省环境地质图集[M].济南：山东省地图出版社，1996.

[4] 张士峰.海水入侵的控制与整治.论沿海地区减灾与发展.北京：地震出版社，1991.

[5] 薛禹群，吴吉春，谢春红等.莱州湾沿岸海水入侵与咸水入侵研究.科学通报，1997，42(22)：2360-2367.

[6] 胡景江，刘春风，张春山等.中国东部滨海地区海水入侵活动的形成与防治对策.论沿海地区减灾与发展，北京：地震出版社。1991.

[7] 科技部国家计委国家经贸委灾害综合研究组.中国重大自然灾害与社会图集[M].广州：广东科技出版社，2004.

[8] 张春山、张业成、胡景江.1995.6.华北平原北部历史时期地质环境演化.地质灾害与环境保护，6(2):12-19.