（一）海水入侵的概念

海水入侵定义为：滨海地区人为超量开采地下水，引起地下水位大幅度下降，海水与淡水之间的水动力平衡被破坏，导致咸淡水界面向陆地方向移动的现象。

（二）海水入侵的现状

目前，全世界已经有几十个国家和地区的几百个地方发现了海水入侵问题，如荷兰、德国、意大利、比利时、法国、希腊、西班牙、葡萄牙、英国、澳大利亚、美国、墨西哥、以色列、印度、菲律宾、印度尼西亚、巴基斯坦、日本、中国、埃及等。海水入侵给各国沿海地区带来严重危害，造成巨大经济损失，严重阻碍经济社会的持续发展。全球范围海水入侵的普遍性已经引起国际社会的共同关注。

20世纪80年代以来，我国海水入侵的问题发展迅速。目前，我国主要滨海城市大多存在不同程度的海水入侵，比较严重的有大连、秦皇岛、青岛、烟台、福州、广州等城市。环渤海地区是我国海水入侵危害最严重的地区。根据国家海洋局监测结果显示，辽东湾北部及两侧的滨海地区，海水入侵的面积已超过4 000 km2，其中严重入侵区的面积为1 500 km2，最大入侵距离达68 km；胶州湾海水入侵面积已达2 500 km2，其中，莱州湾东南岸入侵面积约260 km2，莱州湾南侧（小清河至胶莱河范围）海水入侵面积已超过2 000 km2，最大入侵距离达45 km。截至2005年，河北省海水入侵面积81.43 km2，秦皇岛地区海水入侵距离约61 km，唐山地区最大入侵距离超过10 km。

（三）海水入侵的原因

海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。这种情形的出现，有下列几种原因。

1.海平面上升

温室效应导致全球变暖，使大陆冰川和海洋冰川消融，地球表面海水量增大，海平面上升。另外有些学者认为，气候变暖会导致海水温度上升，引发海水体积膨胀。菲尔布里奇曾做过假定情况下的计算，若现有海水温度普遍增温1 °C，海平面将较目前上升2 m。另外，大洋中脊体积增大，海底不断沉降陆远物质，都会导致洋盆容积变小，引起海平面上升。此外，构造运动导致大陆板壳边缘地块下沉，沿海地区高程下降，也引起海面相对上升。

2.陆地地下水水头下降

当陆地地表面和海平面处于相对稳定状态时，陆地地下水会受各种自然或人为活动的影响，导致水位（水头）的降低，从而引发海水入侵。例如入海河流的上游修建水库，切断了下游地区地表水对地下水的补给途径，造成地下水位下降；又如沿海地区地下水的开采，直接引起地下水位的降低。此外，某些地区气候的干旱化、水文过程失调也会使区域地下水因补给不足，造成沿海地区地下水位的明显下降。目前，我国海水入侵问题比较突出的地区，主要与人为活动引发的沿海地下水水位下降有关。

此外，提引海水进入陆地冲洗污染物、进行陆地海水养殖、修建盐田，都会引发或加剧海水侵入陆地含水层。

（四）海水入侵的形成机理

海水入侵时，会出现海水楔状体不断扩大，前端持续向内陆方向移动的现象。所以，对海水入侵机理的讨论，通常侧重于楔状体移动的动力学过程，并把楔状体的上表面即海水与陆地地下水的分界面作为考察对象。

为了便于研究，可以将海水与陆地地下水分界面的不稳定运动过程，处理为由多个时间段构成的，而每个时段都可近似为特定的稳定状态。通过对各时段的分析，可最终把握分界面的位置和形态的变化过程。基于这种考虑，国外学者提出两种描述海水入侵的模式。

1.稳定分界面的静力平衡模式

海水入侵定义最核心的东西是 “人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏”。换句话说，海水入侵是人为因素引起的，自然因素只是对海水入侵起一定的影响和控制作用。我们知道，滨海地区地下淡水与海水同在一个水循环系统中，它们之间存在着密切的水力联系。由于普通淡水密度为1 g/cm3，普通海水密度为1.025 g/cm3，所以海水必然形成楔形体伏在淡水体下面。稳定分界面的静力平衡模式是19世纪末和20世纪初，由吉本和赫尔兹伯格提出来的，其假定条件是暂不考虑海水的回流和淡水入海渗流，并且把过渡带看作简单的界面，那么海水与淡水的水静力学模型如图4-1所示。

图4-1　天然状态下海水与淡水的静力学模型示意图

根据静水压力平衡原理，咸淡水界面上任一点处淡水压强与咸水压强相等，即

式中：hf——潜水水位（m）；

　　　z——淡水区海平面以下淡水水深（m）；

　　　ρf——淡水密度（g/cm3）；

　　　ρs——海水密度（g/cm3）。

将淡水和海水的密度代入式（4-1）求得

由式（4-2）可以看出，淡水在海平面以上的水深决定着淡水在海平面以下的水深，如果hf减小，z也相应减小，则咸淡水界面向内陆移动，直至形成新的平衡。相反，如果hf增加，z也相应增加，则咸淡水界面向海域移动，再次重建平衡。由式（4-2）进一步看出，在超量开采条件下，hf大幅度减小，z随之成倍减小，hf每减少1 m，z就要减少40 m，结果是海水楔形体增宽增厚，上覆淡水层变薄，抽水井中就可能抽出咸水，这就是海水入侵。事实上，海水和淡水都不是静止的水体，海水楔形体在浅部会有回流入海，同时淡水还有渗流入海。回流入海的海水与渗流入海的淡水因扩散和弥散而局部混合，形成咸淡水过渡带，所以客观上不存在海水与淡水之间的突变界面。随着海潮涨落和地下水位的变动，过渡带还在不断发生变化。

2.稳定分界面的动水压力平衡模式(www.daowen.com)

根据地下水动力学中有关流网的知识，当地下水向大海排泄时，呈现图4-2的形态特征。维鲁特等人将吉本-赫尔兹伯格的静水压力平衡模式和水平流动的裘布依假设结合起来考虑，得出了关于潜水含水层中海水入侵的解析法模型。该模型的假设条件为潜水含水层的介质是均质各向同性的，地下水流为渐变流时，可忽略渗透速度的垂直分量，视为平面二维稳定流。在稳定流前提下，潜水面的水头分布可用式（4-3）描述。

图4-2　天然状态下海水与淡水的动力学模型示意图

式中：x——从海岸线起算的水平距离（m）；

　　　y——潜水面的水位（m）；

　　　q——潜水向大海径流的单宽流量（m3/s）；

　　　k——潜水含水层的渗透系数（m/s）；

　　　β——潜水与海水的相对密度差，≈0.025；

　　　ρ1，ρ2——分别为潜水和海水的相对密度。

咸淡水分界面的曲线方程式为

式中：Y——分界面的高程（m）。

由于位于海平面以下，所以式（4-4）右端加负号，式中其他符号含义同上式。由式（4-4）即可计算海水入侵的纵深长度，咸淡水分界面深度计算如图4-3所示。

（五）海水入侵的防治措施

海水入侵的发生需要具备两个基本条件：① 海平面上升或陆地地下水位下降，海水和陆地淡水间动水压力失衡；② 存在联系的海水与地下淡水的“地下通道”。海水入侵的防治也从这两方面入手。

图4-3　咸淡水分界面深度计算示意图

根据海水入侵的成因分析，国内外已经发生海水入侵问题的地区主要是由于过量开采地下水造成的。对于海水入侵的防治措施主要有控制和调整地下水开采、增加地下水补给、重建咸淡水区域汇、修建隔水屏障等。

1.控制地下水开采

在当前阶段，海水入侵的根本原因是过量开采地下水引起的，所以要防止海水入侵就必须将地下水开采量限制在允许范围之内，对地下水资源进行合理调配。使沿海地区淡水压力与海水压力达到平衡，或者大于海水压力。

2.人工回灌

在滨海地带有计划地回补地下水，是世界各国普遍施行的防治海水入侵的有效方法。其原理是通过建立人工湖，增大滨海含水层地下水的补给量，使地下水水位得到抬升，地下水径流入海量增加，陆地淡水的压力增大，与来自海水的压力达到新的平衡，或大于海水压力。从静水压力平衡模型可以知道，陆地地下水位的微小抬升，可以使咸淡水界面的埋藏深度发生显著变化，所有通过人工回灌防治海水入侵的效果非常显著。

3.重建咸淡水区域汇

这种方法可以在沿海地区打一排抽水孔，将咸水和淡水一起抽出，排入大海，在地下含水层中形成一个抽水槽，即线状汇，以阻止海水入侵。从理论上讲，抽水槽是防治海水入侵的一种方法，但该方法造成了淡水资源的浪费，并且经济上过于昂贵，在实践中应用较少。

4.修建隔水屏障

常见的方法是在沿海含水层中以帷幕灌浆的办法修造隔水屏障，将咸水和淡水隔开，以彻底防止咸水入侵。该方法适用于含水层隔水底板不深的条件下，在含水层很厚的条件下，隔水墙亦可起到加长咸水渗透路径、减少入侵量的结果。

目前，许多沿海地区开始试验和推广地下水库技术，其实质就是在陆地含水层中修建隔水墙或隔水坝，在阻止海水对淡水入侵的同时，对地下淡水资源进行拦蓄调节。例如，日本于1979年建造的冲绳宫古岛皆福地下水库，蓄水70×104 m3，1980年修建的长崎县野母崎町桦岛地下水库，蓄水7.3×104 m3，1983年修建的神井三方町常福地下水库，蓄水7.3×104 m3，这3座地下水库均达到了增加地下水资源、防止海水入侵的良好效果。