胶莱海运河工程沿岸的海水入侵问题及防治对策研究

一、目的意义

南北胶莱河由干流和众多支流组成一个完整的水系。入北胶莱河的支流主要有泽河，淄阳河、双山河、龙王河、现河、昌平河、白沙河、三苗家沟；入南胶莱河的主要支流有清水河、小清河、助水河、胶河、墨水河、利民河、碧沟河。各支流均正交于干流，成羽状河系。现在的河流除了较大的支流如北胶莱河水系的泽河、现河，以及南胶莱河的胶水、墨水河，其余的基本为季节性河流，旱季枯水，只有工农业污水的排放。但是，一旦遇到洪水季节，支流洪水大量下泄。

如果胶莱海运河利用海水全线贯通，传统的河流功能将丧失。最为直接的影响是，全河道的淡水将会被咸化，沿途130Km河道两侧的农田将无法引水灌溉。在旱季，运河充满潮水，潮水还会沿小型支流河口上溯，继而影响胶莱河支流的水流和水质。在雨季，河道内的海水会遇到支流宣泄的洪水顶托，极易造成洪灾。

胶莱河冲洪积平原，含水层由砂砾石、粗中砂组成，厚度较大的地区，单位涌水量一般10－20m3/h.m，高者可达25-30 m3/h.m，地下水类型为潜水或微承压水，多辟为傍河水源地。地下水除接受降雨补给外，还接受河水和地下径流的补给。地下水的流向基本与河水流向一致，排泄主要有人工开采和向海排泄以及部分潜水蒸发。枯水期地下水向河道排泄，汛期河水补给地下水。在地下水开采较多的地区，形成漏斗，河水常年径流补给，滨海地区像平度以及大沽河河口地区，海水向内陆淡水入侵。

如果胶莱河道充满海水，势必造成全线的海水入侵。特别突出的是对大沽河地下水库的影响。

因此，海水入侵包括海水沿地表、河口上溯的入侵，还包括对地下淡水的入侵。研究海运河开通，海水对地表水系和地下淡水入侵的影响，提出防治对策，具有十分重要的意义。

二、研究大纲与主要研究内容

（一) 河河口海水入侵现状及运河的影响

1.河口海岸地区海水入侵现状

通过野外调查以及典型断面的测量和水质化验，分析昌邑、莱州、平度等北胶莱河口沿岸以及大沽河河口地区的海水入侵状况。

2.运河开通条件下海水上溯影响

研究运河开通条件下，海水沿河口以及支流上溯问题。

（二）胶莱河河水与沿岸地下水相互作用规律

1.地表径流及河水水文状况调查

2.沿岸地下水开采现状调查

3.河水与地下水相互作用

（三）海水对地下淡水的入侵影响及其危害

从动力学角度，借鉴德国学者提出的利用“虚拟含水层”研究自然衰减过程的方法，其基本理念便是利用典型的污染方案来模拟和评估自然衰减过程。引申到海水入侵的模拟中，便是利用典型的或概化的条件来模拟海水入侵发展的机理过程。如Henry问题描述的是承压含水层中未受污染的淡水遭受海水入侵的情况，具有普遍性。而Huyakorn问题描述的是滨海潜水含水层仅受降水补给和内陆地下淡水补给条件下的入侵情况，也是理想状态。

利用“虚拟含水层”的研究方法，对二维含水层的水文地质条件进行概化，给出一定的参数值，考虑多种组合方案下的海水入侵：

1.不同开挖深度条件下的海水入侵趋势

2.不同工程防护（底质、岸坡）条件下的海水入侵趋势

3.不同组合条件下的海水入侵趋势

在海水入侵趋势预估的基础上，初步评价危害。

（四）沿岸海水入侵防治措施

根据不同水文以及水文地质条件，确定不同的防护措施。

1.地下截渗墙防治海水入侵

2.垂直铺塑防治海水入侵

3.振动沉模板墙防治海水入侵

4.淡水帷幕防治海水入侵

5.地下水回灌防治海水入侵

6.防浪墙、防潮堤防治地表海水入侵

三、研究方案与技术路线

采取野外调查、统计分析以及室内模拟相结合的研究方法和技术路线，充分利用现有成果。

1.利用实际调查和测量化验，分析现状海水入侵

2.利用DEM模型研究海水沿河口和支流上溯的入侵影响

3.在概化水文地质条件基础上，利用“虚拟含水层”概念和FeFlow软件，模拟预测海水对地下水入侵影响。

4.在已有研究成果基础上，选择推荐合适的海水入侵防治方案和措施

四、研究基础与工作条件

1.工作基础

（1）山东省水科院承担国家“八五”攻关“海水入侵防治试验研究85-806”项目中三项专题，该项目获山东省科技进步一等奖、国家重大科技成果A类奖。

(2) 山东省水科院主持山东省科委项目“八里沙河地下水库拦蓄调解地下水防止海水入侵技术”，获山东省科技进步一等奖以及国家科技进步三等奖。

(3) 东省水科院主持完成水利部“948”引进国际先进技术项目“海水入侵的动态监测与预测研究”（主要是引进澳大利亚仪器设备自动测井系统1套、SARIS电阻率仪器1套和德国数值模拟软件1套）。

（4）参加德国BMBF的优先资助项目（KORA）的第四专题（法兰克福机场附近垃圾填埋场渗滤液对地下水污染影响数值模拟分析和预测）的第三子题研究（编号0330503）。

近期发表的有关海水入侵文章：

①张保祥，李福林，海水入侵的动态监测指标研究. 水文地质工程地质，1997，（1）:33-35

②Li Fulin，Ni Benzi，Zhang Baoxiang， Study on the monitoring indexes of seawater intrusion. 98’Proceedings on Forecast and Prevention of Marine Disasters. Beijing: China Ocean Press，1998. 202-208

③李福林，张保祥, 水化学与电法在海水入侵监测中的应用. 物探与化探，1999,23(5): 376-379

④李福林，赵德三，王永吉等，海水入侵防治的理论与实践进展，天津海岸带地质环境与城市发展研讨会论文集，2004.8

⑤李福林，陈学群，张奇等，莱州湾东岸滨海平原海底地下水的水文地球化学特征及地球化学演化模式，海洋科学进展，2005,23(2)：190-195

⑥刘青勇，马承新，张保祥等，黄水河地下水库管理数值模拟研究，水资源研究，2004（1）

⑦刘青勇，董广清，耿树德等，淡水帷幕防治海(咸)水入侵的物理模拟试验研究，水利学报，1998（2）

2.工作条件

（1）水质化验室

可以进行常规水质化验和放射性同位素分析。还有便携式水质化验仪器，利于野外操作使用。

（2）进口的AUSLOG自动测井数据采集系统

可以把测量探头测得的数据准确迅速的传输至电脑，携带方便，能够高速的、多通路的传输采集的数据。

（3）数值模拟软件

购置了德国柏林柏林水资源规划与系统研究所（WASY）开发出来的地下水流动及溶质运移模拟软件系统FeFlow（Finite Element Subsurface Flow System）。是迄今为止世界上功能最齐全、技术最为先进的三维地下水模拟分析软件。

3．申请人简历

李福林博士，山东省水利科学研究院研究员，环境工程所和海咸水利用技术研究所所长。1967年11月17日生，1989年毕业于山东师范大学，获学士学位，1992年获自然地理专业硕士学位，2005年毕业于中国海洋大学，获博士学位。1995年受日本JICA赞助赴印度尼西亚培训，2005年受德国DAAD赞助赴德国美茵大学作高级访问学者。主要从事水资源与水环境研究工作。