秦皇岛市沿海地区海水入侵水文特征值变化趋势分析

赵云峰

（河北省秦皇岛水文水资源勘测局，河北 秦皇岛 066000）

1 概况

秦皇岛市位于河北省东北部。东北接辽宁省绥中县，西北临河北省承德市，西靠唐山市的滦县、迁安，南临渤海。西距首都北京280 km，西南距石家庄483 km、距天津220 km[1]。总面积7802 km2，其中山区面积5648 km2，平原面积2154 km2。秦皇岛市沿海平原地区，涉及山海关区、海港区、北戴河区、抚宁区及昌黎县平原区，面积为1750.4 km2，海岸线东起山海关金丝河口，西止昌黎县滦河口，总长162.7 km[2]。

秦皇岛市濒临渤海，由于地下水超采及地质因素，沿海地区不同程度的海（咸）水入侵，进一步加剧了本地区的用水紧张情势[3]。本文对秦皇岛市海水入侵分布特征进行评价，分析研究海水入侵区水文特征值变化趋势。

2 海水入侵成因

海水入侵方式有多种，主要有面状入侵、带状入侵、线状入侵，线状或带状入侵后，由于水力和地质条件也可能扩展为面状入侵。秦皇岛市沿海地区的海水入侵基本属于面状入侵，也有带状入侵后又扩展为面状入侵，如南戴河、白玉庄、枣园一带属于这类入侵方式，其它沿海地区属于面状入侵方式[4]。

造成秦皇岛市沿海地区海水入侵主要有两方面的因素，一是自然因素，如水文地质条件、降雨、河道径流量、潮位的影响；二是人为因素，如长期大量超采地下水等[5]。

秦皇岛市沿海地区随着城市化的发展，城市范围内工程建设增多，路面被硬化，这样就使大部分降雨不能下渗，从而不能补充地下水，在本来就干旱的气候下，更减少了降雨对地下淡水层的补给，从而更进一步加剧了地下水漏斗的深度，为海水入侵创造了有利条件；海港区的海水入侵主要是由于热电厂使用海水作为冷却水，且冷却水直接排入新开河，排水口距离新开河口3.6 km，使得新开河河道内都为冷却后的海水，在退水同时向两岸侵入，增加了入侵范围。

3 海水入侵区水文特征值变化趋势分析

海水入侵区自然因素的各水文特征值是影响海水入侵动态变化的重要因素，选取降水量、河道径流量、潮位、地下水开采量四个主要的水文特征值对长系列资料进行分析[6]，与分析区地下水埋深和海水入侵调查资料进行对比，确定影响海水入侵变化的主要影响因素。

3.1 降水量变化趋势分析

降水是产生地表径流和补给地下水的主要来源，降水量的大小及时空分布反映了一个地区的水资源状况。秦皇岛市的降雨年度分布不均，主要集中在6月～9月，且洪水主要由汛期暴雨形成，所以在分析降雨变化趋势时应将年降雨和汛期（6月～9月）降雨进行比较，同时兼顾考虑能够反映降雨强度的连续最大三日和最大一日降雨量，这些特征参数能够直观反映各分析区降雨变化趋势。

代表站秦皇岛站1995年～2016年降雨量统计资料见表1，依据此资料点绘流域逐年雨量特征参数对照图及各年代降雨量变化示意图，降雨量特征参数大体呈稳定趋势，见图 1、图 2。

表1 秦皇岛站各年代降雨量参数统计表

图1 秦皇岛站逐年降水参数对照图

图2 秦皇岛站各年代时段雨量变化示意图

由图1、图2可以看出，降雨量分布规律相同；最大值出现在2010年～2016年，其中1995年～2010年各参数年均值较本世纪10年代分别减少了6.4%、19.9%、15.8%。由此可以看出，2000年～2004年降雨量减少程度较大，为整个系列的最小值，是整个研究系列的最枯时段。

秦皇岛市海水入侵区域年降水量变化趋势大致相同，降水量具有年内分配集中、年际变化大的特点。由多年平均月降水量统计表可以看出，连续最大四个月降水量一般集中在汛期（6月～9月），汛期降水量占全年降水量的80%左右，个别年份集中程度更高，达到90%以上，而汛期的降水量又主要集中在7月、8月，甚至更短时间之内。不同流域代表站年雨量特征参数统计见表2。

表2 各流域代表站年降水量特征参数统计表

年雨量和汛期降雨量是从量的角度反映流域降雨的变化情况，而最大一日和连续最大三日降雨量既从量的角度又从降雨强度的角度反映降雨变化。从量上来分析，秦皇岛市整个海水入侵区域降雨量在分析系列中呈明显的先减小后上升趋势，并具有显著的分带性，表现为本世纪10年代之后明显大于本世纪初。而最近几年增加的程度更大，基本上是整个系列的最大值或接近最大值。从强度上分析，整个流域变化比较平缓，但近几年基本呈现出增大的趋势，尤其是2012年，秦皇岛沿海地区由于双台风影响发生了全境的暴雨，处于系列的最大值。

3.2 径流量变化趋势分析

双累积曲线是描述两参数间关系是否有趋势性变化的一种常用的方法。如果该站降水径流关系不变，双累积曲线应呈线性增加，否则在发生变化处会出现转折。

分析区秦皇岛沿海地区有实测资料的汤河秦皇岛水文站1995年～2016年降雨径流资料，点绘年雨量、年径流量双累积曲线图，见图3。

图3 秦皇岛站年降雨、径流双累积曲线图

根据图3可知，双累计曲线较平稳，没有出现明显的转折，该流域降雨量、径流量关系良好，秦皇岛沿海地区河流径流量变化平稳，没有明显的转折。

3.3 潮位变化趋势分析

秦皇岛海区以潮力弱、潮差小为其显著特点。据实测，秦皇岛海区多年平均潮位为88 cm（国家85高程），历史最高潮位163.1 cm，出现在1972年7月26日，最低潮位为-227.9 cm，出现在1973年12月24日，汛期多年平均高潮位112.1 cm，平均潮差74 cm，最大潮差243 cm。潮流流速为0.6 m/s～0.9 m/s，退潮流速小于涨潮流速。

根据河北水利水电勘测设计院1998年9月编制完成的《河北省海堤工程初步设计报告》，河北沿海的秦皇岛站、蓟运河防潮闸站高潮位分析成果见表3。

表3 潮位分析成果表 单位：m

根据以上计算结果可见，秦皇岛海域潮位百年一遇高潮位和5年一遇高潮位仅相差0.28 m，潮位年际变化不大。

3.4 地下水开采量变化趋势分析

地下水开采量数据来源于秦皇岛市和各县区的统计公报，由于2014年原抚宁县撤县设区，同时行政区划变化，涉及海港区、抚宁区、北戴河区的统计口径发生变化，影响到本次分析区中除滦东平原的其他三个分区，故2014年后的开采量数据在系列里已不具备一致性，故本次分析只统计至2013年。

根据秦皇岛站2005年～2013年开采量统计资料点绘流域逐年地下水开采量参数对照图，见图4。

图4 秦皇岛站逐年开采量参数对照图

由图4可以看出，开采量特征参数基本保持稳定，2010年左右开采量有所增长，随后降低，变化幅动较小。

4 结论

秦皇岛沿海河流多为暴涨暴落的山溪性河流，暴雨历时短，强度大，加上一年中，降水主要集中发生在7月、8月，占年径流量的70%左右，且一次洪水的洪量主要集中在24 h内，24 h洪量占3 d洪量的70%以上。大量的地表径流排入大海，地下水得不到充分补给，地下水位持续下降，海水压迫海（咸）水体向内陆延伸。

为进一步遏制秦皇岛市沿海地区海水入侵改善地下水环境，建议加强该地区的地下水建设，开发非传统水资源，科学利用微咸水，完善河流挡潮工程。确保数据有效性，积累地下水水位和水质资料，为沿海地区海水入侵调查提供数据支撑。