首页 理论教育气候变化对山东省沿海地区的影响及水资源安全问题

气候变化对山东省沿海地区的影响及水资源安全问题

【摘要】:胶东半岛,因受海洋气候影响,春寒延后,夏季气温较内陆气温低且湿润。由此可见,气候变化对山东省沿海地区海平面上升起到了决定性作用。虽然自然气候变异和城市热岛效应也有一定程度的影响,但不足以解释长期观测到的增温现象。气候变化对山东省水资源安全呈现出更不利的影响。在全球气候变暖的背景下,海河流域的江河径流减小,在人口增加、工农业发展和气候变化影响下,水资源供需紧张的矛盾将进一步加剧。

(一)海平面上升

山东省东临海洋,西接华北平原,泰沂山脉横亘中央,地形地貌复杂。在全省土地面积中,山地丘陵占29%,平原占55%,洼地、湖沼占8%,其他占8%。山东省位于北温带半湿润季风气候区,气候具有明显的过度特征,四季界限分明,温差变化大,雨热同期,降雨季节性强。冬季,全省在蒙古高气压冷气团的控制下,多偏北风,寒冷干燥,少雨雪;夏季,亚热带太平洋暖气团势力增强,全省盛行东南、西南季风,冷暖气团在全省交绥机会较多,天气炎热,雨量集中;春季干燥多风,秋季天高气爽,春秋两季均干旱少雨。

胶东半岛,因受海洋气候影响,春寒延后,夏季气温较内陆气温低且湿润。全省平均气温为11~14℃,由西南向东北递减。月气温以1月最低,一般在-1~-4℃;最高气温内陆地区出现在7月,月平均气温25~27℃,东部沿海出现在8月,月平均气温24~26℃。气温的日温差内陆大于沿海,内陆为10~12℃,沿海为6~8℃。无霜期200~220天,年日照时数2400~2800小时,年平均日照百分率55%~65%。

影响海平面变化的因素有很多,但并非所有因素的影响效果都在同样的量级上,气候变化的作用是第一位的(UNISDR,2009)。人类活动尤其是大量使用化石燃料,导致向大气中排放的CO2等温室气体数量剧增,使得全球气候变暖。气温的上升不仅使冰川融化,增加了海水数量,而且还使海水受热膨胀,使得全球性的绝对海平面上升。

2001—2010年,中国沿海的平均海平面总体处于历史高位,比1991—2000年的平均海平面高25mm,比1981—1990年的平均海平面高55mm。山东省滨海地区为海平面上升最为明显的地区之一。图1-7-1和图1-7-2分别为渤海历史海平面变化曲线和黄海历史海平面变化曲线(以1978年海平面为基准面)。可以看出,山东滨海地区海平面30年来明显上升,南岸(黄海)海平面上升更加明显,上升速率为3.5mm/a,比北岸速率(3.0mm/a)高17%,比全国沿海平均海平面上升速率(2.6mm/a)高34.6%。由此可见,气候变化对山东省沿海地区海平面上升起到了决定性作用。

图1-7-1 渤海历史海平面变化曲线

图1-7-2 黄海历史海平面变化曲线

(二)水资源变化

近100年,在全球范围内出现了由于温室气体浓度增加,即人为气候强迫,引起的气温升高。虽然自然气候变异和城市热岛效应也有一定程度的影响,但不足以解释长期观测到的增温现象。有关证据表明(刘华,2009),自1906—2005年我国地表平均温度上升了0.78℃±0.27℃,与全球同期的0.74℃±0.18℃相近。气候变暖主要发生在20世纪80年代以后,华北、西北和东北北部是我国升温最高的地区。海河流域近50年升温幅度达0.36℃/10a,1989年以后增暖趋势最为明显。黄河上游地区升温幅度达0.292℃,高于下游0.209℃。自1881—2001年中国升温幅度最大的为新疆地区1.01℃/100a和东北地区0.89℃/100a。气温升高主要以冬春季节比较显著。

近100年来,中国年降水量变化趋势不显著,但年际波动大且空间分布不均。自1956—2000年华北、西北东部、东北东南部地区年降水量出现下降趋势,其中黄河、海河、辽河和淮河流域年平均降水量减少了50~120mm,海河流域20世纪50—60年代降水量偏多,80年代后至今降水仍然偏少,最干旱的时段出现在20世纪末;黄河流域20世纪50年代平均年降水量为475.4mm,21世纪初平均年降水量下降到436.1mm,减少了39.33mm,降低了8.2%。

气候变化与山东省的水资源分析表明:

(1)近20年来山东省水资源的分布正在发生显著的变化,水资源量减少趋势愈加明显。水利部近年完成的全国水资源评价最新成果显示,1980—2000年水文系列与1956—1979年水文系列相比,黄河、淮河、海河3个流域降水量平均减少6%,水资源总量减少25%,其中地表水资源量减少17%,尤其是海河流域地表水资源量减少了41%,呈现出非线性变化的特征。

(2)在全球变暖背景下,山东省极端水文事件的水旱灾害的风险进一步加剧。近20多年,我国洪涝灾害的高发区如淮河流域,极端强降水事件趋于增多,严重洪涝灾害频繁。先后发生了1991年江淮大洪水,1996年海河南系大洪水,2003年和2005年淮河洪水,2007年淮河流域性大洪水。1951—2005年,平均干旱面积在进一步扩大。华北区域的暖干趋势持续时间已近30年。这些流域极端水文事件进一步加剧了山东省的水旱灾害可能性。

(3)气候变化对山东省水资源安全呈现出更不利的影响。涉及山东省的海河流域径流量明显减少。自20世纪80年代以来,由于降水减少,气温升高和各种用水需求增加以及土地利用和土地覆盖变化的影响,华北地区地表径流量减少的趋势十分突出。下降幅度最大的黄壁庄水库,递减率达36.6%/10a。海河流域近30年河川径流入海水量减少达90%以上。地表水的严重短缺和大规模超采地下水,导致地下水径流量显著下降,并形成了浅层与深层地下水漏斗区,面积已接近12万km2。水资源供需矛盾呈扩大趋势和需水管理面临更严峻挑战。在全球气候变暖的背景下,海河流域的江河径流减小,在人口增加、工农业发展和气候变化影响下,水资源供需紧张的矛盾将进一步加剧。应对气候变暖引起水资源时空分布的变化,需要采取适应性对策,水资源需求管理的难度不断加大。

(4)山东省水旱灾害加剧,环境保护与治理的形势仍然十分严峻。20世纪90年代以来,尤其是进入21世纪后,涉及山东省的淮河流域洪水灾害呈现不断加剧的趋势(如1991年、2003年、2005年和2007年),2003—2008年的6年中出现了5次范围较大的洪水,表明气候变化下淮河的大洪水风险呈增加趋势。

2010—2040年,海河流域降水量仍然呈减少态势,加上自20世纪70年代以来的少雨期,合成一个长达80年的大周期。但是,大约在2040年以后海河流域年降水量的情景将呈增加趋势。未来降水量增加约5%~7%。

对于未来21世纪黄河流域的年平均降水的变化(相对于1980—1999年20年气候平均值),在SRESA1B、A2、B1这3种排放情景下,不同气候模式模拟的降水变化有较大出入,但总的来说大部分模式模拟的未来降水趋势都呈增加趋势,尤其黄河源区及下游地区的降水量增加较为明显。降水量从2020—2030年的3%增至2040—2050年的7%。

21世纪50年代以前淮河流域年均降水量将增加4%~5%。所有季节降水量表现出逐年代增加的变化特征。降水量的增幅在季节间还存在着差异,表现为冬春两季降水的显著增加,夏秋两季增加较少,未来淮河流域的降水季节间差异将减少。

全省1956—2000年平均年降水总量为1060亿m3,相当于年平均年降水量679.5mm。各水资源三级区中,日赣区年降水量均值最大,为861.9mm;徒骇马颊河区最小,为564.5mm。1956—2000年各水资源三级区年降水量计算成果见表1-7-1。

表1-7-1 山东省1956~2000年各水资源区年降水量计算成果表

(三)水资源供需关系的变化

1.气候变化对水资源供给的影响

山东省位于我国东部沿海,地处黄河下游,分属于黄河、淮河、海河三大流域。

气候变化通过不同方式或途径改变着不同时间尺度和不同地区的水循环,影响了水资源的供求和需求,增加了保障供水安全的风险,对水资源管理部门提出了严峻挑战。我国是受气候变化影响明显的国家,气候变化对我国水资源供需的影响已经受到水利等部门的高度关注。

(1)水资源总量的变化趋势。受气候波动影响,不同时段的全国可更新水资源数量不同,全国和山东省涉及流域水资源一级区不同时段水资源平均值见表1-7-2。1956—2010年系列全国水资源平均为27550亿m3。1991—2010年近20年年均水资源量比1961—1990年均水资源量仅增加1%。1956—2010年全国水资源系列的距平变化过程见图1-7-3,在这55年中,大部分年份在距平±10%波动,有9年变化幅度在10%~20%,有1年(1998年)距平超过20%。从全国层面来看,1956—2010年水资源距平变化的线性趋势来看,几乎没有什么趋势变化。

图1-7-3 全国水资源距平变化

尽管从全国尺度看水资源变化很小,但水资源一级区变化较大。我国北方地区山东省涉及的海河区、黄河区、淮河区1956—2010年系列水资源平均分别为350.4亿m3、703.4亿m3、484.9亿m3,1991—2010年近20年的年均水资源量比1961—1990年均水资源量分别减少19%、17%和8%,见表1-7-2。我国南方地区的东南诸河区、珠江区1956—2010年系列年均水资源量分别为1990.4亿m3、4715.5亿m3,1991—2010年最近20年的年均水资源量比1961—1990年均水资源量分别增加6%和4%。

表1-7-2 不同年份水资源一级区用水占全国用水比例%

(2)过去气候变化背景下,水资源可利用量的变化。分析气候变化对水资源可利用量的影响,主要基于分析气候变化背景下水资源量的变化,并根据水资源可利用量的在水资源总量中的比例进行评估,见表1-7-3。选择水资源减少明显的涉及山东省的海河区、黄河区、淮河区进行分析,这些一级区水资源开发利用程度较高,可供水能力受水资源约束较大,水资源可利用量一定程度上决定了可供水能力。

表1-7-3 全国和水资源一级区不同时段水资源可利用量的变化

根据水资源可利用率,对近30年(1981—2010年)气候变化背景下可利用水量变化进行分析,揭示我国北方水资源一级区海河区、黄河区、淮河区水资源可利用量减少,特别是海河区,可供水量减少最明显。

2.气候变化对水资源需求的影响

气候波动和气候变化导致的降水、温度、蒸发、径流等水文气象参数的变化影响水资源需求。气候变化会导致作物耗水过程改变,从而影响灌溉需水,如对农业灌溉用水而言,温度增加或潜在蒸发增加,增加灌溉用水需求,而降水增加可能减少灌溉用水需求。

过去气候变化对需水的影响,主要利用过去气温、降水和用水资料,分析东部季风区典型水资源一级区,以及这些一级区中部分二级区不同温度与降水变化对相同经济社会规模下的需水影响,也就是剔除由于经济社会发展规模不同造成用水增加的影响。

(1)气温变化对需水的影响。根据全国综合规划,部分一级区的统一经济社会基准下,不同年份的温度序列与需水情况分析,初步揭示这些一级区温度变化与需水的关系。总体而言,温度增加,需水增加,北方山东省涉及的海河、黄河区需水受温度变化影响明显,见图1-7-4和图1-7-5。

图1-7-4 海河区温度变化与需水量关系

图1-7-5 黄河区温度变化与需水量关系

(2)降水变化对需水的影响。对山东省涉及的海河区、黄河区,相同社会经济情景下,不同年份的降水与需水关系分析,揭示北方降水不同地区的差异,北方的海河、黄河区用水受降水变化影响明显,见图1-7-6和图1-7-7。

图1-7-6 海河区降水与需水量关系

图1-7-7 黄河区降水与需水量关系

(3)需水对降水、气温变化响应的敏感性分析。不同地区在不同降水条件下,需水对降水响应敏感性不同。在平水年情况下,降水每减少10mm,山东省涉及海河、黄河、淮河需水的响应敏感状况见表1-7-4。

表1-7-4 不同来水典型年需水量对降水减少10mm的响应

需水对气温变化的响应敏感程度分析揭示,水资源禀赋条件不富裕的北方地区需水受温度变化影响较大。在海河区、黄河区一级区,分析在各自相同的经济社会发展情景,分析1956—2000年不同年份的温度和需水(用水)关系,揭示海河区、黄河区,温度每升高1℃时,需水分别增加12亿m3、14亿m3、2亿m3。这三个一级区相对各自一级区平均状况,需水分别增加3.9%、3.6%和0.3%。

综上所述,通过对水资源需求驱动因素分析可以看到,气候变化是影响需求的重要因素之一。现有的资料分析揭示气候变化对需水的影响和经济社会发展对水需求的影响。在讨论降水或温度变化对需水的影响时,需要考虑基准的来水情景,不同降水基准情景下,气候变化幅度对水资源需求影响不同。一般说降水量级与水资源需求呈现反相关系。在平水年情景下,海河区、黄河区水资源需求对相同的降水量变化存在较大差异。

(四)气候变化与防洪

21世纪以来,气候变化所引起的灾害风险增加已成为影响全球安全与发展的重大挑战(UNISDR,2009),其中,洪水灾害是全球发生频率最高、损失最严重的自然灾害之一。随着气候变化和区域可持续发展科学研究的深入,气候变化对极端水文过程的影响以及在这种影响下洪水灾害的变化受到国际气象、水文及灾害风险等领域学者愈来愈多的关注。联合国教科文组织国际水文计划(The International Hydrological Programme,UNESCO-IHP)第二阶段研究将全球变化对水灾害影响定为5个重点主题之一,尤其点关注极端水文灾害的影响。IPCC 2012年发布了极端事件风险管理特别报告,首次对气候变化对洪水等极端灾害事件的影响进行综合评估(IPCC,2012)。与气候系统变化密切相关的洪水等极端灾害的演变已成为气候变化影响与适应研究亟待解决的重要课题。同时,气候变化给区域洪水灾害风险防范带来新的挑战,洪水灾害变化的动态评估已成为灾害管理的现实需求。21世纪以来,在全球气候持续异常的背景下,中国洪涝灾害年均直接经济损失近千亿元,且有逐年上升的趋势(中国水旱灾害公报,2011)。因此,开展气候变化对洪水灾害影响的研究,探索极端水文灾害对气候变化的响应,对于保障社会可持续发展也有着重要意义。

山东省地处黄淮海三大流域下游,除黄河外,境内有大型骨干河道15条、中型河道12条,干流总长438gkm,控制流域面积11.37万km2。占全省总面积的74%。其中,大型骨干河道控制流域面积9.05万km2,占全省总面积的59%;中型河道控制流域面积2.32万km2,占全省总面积的15%。大中型河道及其支流堤防长度为8670km。新中国成立以来,山东省共建成水库5470座(山丘区),先后治理大中型河道80余条,建设各类拦河闸坝1600余座,初步建立起由水库、河道、堤防、蓄滞洪区等组成的综合防洪减灾工程体系,在山东省防洪安全、城乡供水、维护生态等方面发挥了重要作用。5000多座水库中,大型水库32座,中型水库152座,小型水库5286座。气候变化对山东省洪水灾害存在直接和间接作用2个方面的可能影响。从气候系统变化的直接作用来看,大气环流系统的异常(如ENSO,季风变化等)对全球大尺度水汽分布和降水格局带来深远影响。这种大尺度降水格局的变化将给区域极端降水变化造成一定的影响(方建,2014)。另一方面,从区域热动力过程来看,大气饱和水汽压与温度之间存在指数增加的关系(Pall P,2007),在相对湿度不变和全球增温的背景下,蒸散发加强,大气中的水汽总量呈上升趋势,目前实测和模拟的结果均表明了气候变暖背景下水汽含量的这种变化(Willett K M,2007)。总之,极端降水(雨情)、极端径流(水情)和洪水灾害损失(灾情)是洪水灾害系统最主要的特征要素,也是气候变化影响最突出的状态变量

1.极端气温变化

近100年来,山东省和我国其他地区气候变暖的趋势与全球基本一致,但呈现了明显的冷暖交替波动,江河流域气温的时空变异大。近100年,在全球范围内出现了很可能是由于温室气体浓度增加,即人为气候强迫引起的气温升高。虽然自然气候变异和城市热岛效应也有一定程度的影响,但不足以解释观测到的增温现象。自1906—2005年我国地表平均温度上升了0.78℃±0.27℃,与全球同期的0.74℃±0.18℃相近。

20世纪60年代以来,我国北方地区的高温日数(最高气温超过35℃的日数)变化趋势不明显或略趋减少。但是,自1997年以后,高温日数显著增多。1997—2002年,高温日数持续偏多,除1998年少于10天外,其余5年均在10天以上,1997年更多达18.3天,为有记录以来的最高值(姜德娟等,2011)。

2.极端强降雨变化

近100年来,中国年降水量变化趋势不显著,但年际波动大且空间分布不均。自1956—2000年华北、西北东部、东北东南部地区年降水量出现下降趋势,其中山东省涉及的黄河、海河和淮河流域年平均降水量减少了50~120mm,海河流域20世纪50—60年代降水量偏多,80年代后至今降水仍然偏少,最干旱的时段出现在20世纪末;黄河流域20世纪50年代平均年降水量为475.4mm,21世纪初平均年降水量下降到436.1mm,减少了39.3mm,降低了8.2%。

在总降水量减少的同时,山东省涉及的海河流域年极端强降水事件表现为减少趋势,20世纪80年代后减少趋势更为显著。海河流域极端强降水事件发生的日数明显趋于减少,大部分台站近50年来大雨日数(日降水量大于25mm以上的日数)和暴雨日数(日降水量大于50mm的日数)均明显减少(翟盘茂,1999;翟盘茂,2003)。

3.洪水事件

山东省地处黄淮海三大流域下游,近年来,黄淮海三大流域发生的洪水事件给山东省带来了巨大的社会经济损失。

(1)山东省涉及海河流域。山东省涉及的海河流域的重大灾害性洪水具有重复性和阶段性特性:暴雨条件相类似的洪水在同一地区重复出现。例如,1963年8月海河南系发生的特大暴雨洪水,与300年前(1668年)发生的特大暴雨洪水的分布十分相似。大洪水出现的频率呈现高、低阶段性交替变化。近50年内,1964年以前洪水较多。1956年、1959年、1963年华北北部山区及海河流域均发生大洪水,20世纪80年代后进入洪水低频期。

山东省涉及海河流域洪水多发生在每年的7月下旬至8月上旬。华北降雨多以暴雨形式出现,出现的时间集中、强度大、持续时间长。暴雨的空间分布受地形影响十分显著,主要分布在太行山和燕山山脉的迎风坡。发育于燕山、太行山迎风山区的河流,坡度大,汇流时间短,一次大暴雨的径流系数可达0.8以上。洪水洪峰流量年际、年代际变化大,最大与最小年的洪峰流量比值近50倍。洪峰流量变差系数Cv值1.0~1.8,是全国各大江河中Cv值最高的地区。

1963年8月上旬,山东省涉及海河流域发生了有记录以来的特大暴雨洪水(63·8暴雨洪水)。暴雨区主要集中在太行山东麓一带,降雨量达1000~1500mm,为常年同期的7~10倍,最大暴雨中心獐么达2050mm,为常年同期的19倍。大部分地区大于50mm的暴雨日数达3天以上,太行山东麓达5~7天,降雨200mm以上的日数达4天。特大暴雨造成大清河、子牙河、南运河三大水系有记录以来的最大洪水。洪水峰高量大,来势凶猛,致使山东省涉及海河流域部分中小水库垮坝,河堤决口。暴雨洪水来势猛,强度大,给人民生命财产和经济社会带来巨大损失。

(2)山东省涉及黄河流域。洪水灾害也是山东省涉及黄河流域面临的主要自然灾害之一。山东省涉及黄河流域洪水就其成因可分为暴雨洪水和冰凌洪水两类。暴雨洪水发生在7月、8月的称“伏汛”,9月、10月称“秋汛”,伏秋大汛是黄河的主汛期。此外春季2月、3月上游宁、蒙河段和下游山东河段发生冰凌洪水,称“凌汛”。

随着全球变暖山东省涉及黄河流域洪水自然灾害发生显著变化。20世纪50年来,黄河流域气候变暖的趋势与全国气候变化的总趋势基本一致。自1960年以来,流域内各气象站气温平均上升了0.63℃,平均上升率为0.14℃/10a。气温升高导致大气分子运动加剧,从而导致大气运动加剧,从而容易引起天气变化,气候变化也潜在影响洪涝事件的发生,使得山东省涉及黄河流域的洪水灾害成递增趋势。这也使得山东省涉及黄河流域洪涝灾害成为国内外关注的热点问题。

(3)山东省涉及淮河流域。山东省涉及淮河流域洪水灾害是我国最为严重的自然灾害之一。统计数据表明,过去的500多年中,淮河流域的洪水记录多达300多次。历史上,1921年和1931年,淮河相继发生了全流域的大洪水,据统计,1931年7月淮河干流的洪峰流量达到了1.58万m3/s,许多人受灾。1954年的大洪水是新中国成立以来山东省涉及淮河流域发生的最为严重的洪水事件。20世纪90年代以来,尤其是进入21世纪后,山东省涉及淮河流域洪水灾害呈现不断加剧的趋势(如1991年、2003年、2005年和2007年)。

山东省涉及淮河流域干流洪水主要来自淮河干流上游、淮南山和伏牛山,大洪水则往往由大范围连续性暴雨致使干流洪水遭遇而形成。总体来说,山东省涉及淮河流域由暴雨导致的洪水可分为3种类型:①由持续一个月左右的大面积暴雨形成全流域性的洪水,量大而集中,如1931年、1954年洪水。②由持续一两个月的长历时降水形成,汛期洪水总量大但不集中,构成长时间的防洪压力,对干流的影响不如前者严重,但在平原区因洪涝的问题更突出。③由一两次大暴雨形成的局部洪水,暴雨中心地区降雨强度大,但形成的洪水总量不大。气候变暖和洪水加剧气候条件和人类活动之间的动力机制问题,尤其在当前持续升温的气候条件下,已成为一个亟须解决的科学问题。据统计,在1949—2000年,山东省涉及淮河流域的流域性洪水总共有两次,即1954年、1991年;进入21世纪后,山东省涉及淮河流域洪水灾害呈现不断加剧的趋势,2003—2008年的6年中出现了5次范围较大的洪水。

(五)海水入侵

海水入侵是指由于陆地淡水水位下降而引起的海水直接侵染淡水层的一种环境地质恶化现象,它是人类在沿海地区的社会活动导致的一种人为自然灾害。海水入侵已经给沿海城市的经济建设和社会发展带来严重危害。山东拥有3000多km的海岸线,沿海地区海水入侵问题较为严重。从地理位置上看,在整个山东沿海地区西北沿岸较重,东南岸较轻。从行政区域上看,经济发展较快的莱州市、龙口市海水入侵最严重,从1976年开始发生海水入侵以来到1990年已发展到326.9km2,占沿海地区海水入侵总面积的75.8%。截止到1995年底,莱州湾地区海(咸)水入侵面积达到974.6km2,据不完全统计,区内已有40万人吃水困难,8000余眼农用机井报废,60多万亩耕地丧失灌溉能力,粮食每年减产3亿kg,工业产值每年损失4亿元。黄海沿岸的海水入侵,仅在青岛市胶南大泮、荒岛辛安、大沽河下游及白沙河-墨水河等局部地区发生,入侵面积较小。咸水入侵主要发生在渤海湾、莱州湾南岸莱州市土山乡至广饶县小清河南岸的平原海岸地区。山东省沿海海岸地区海水入侵灾害统计情况见表1-7-5。

表1-7-5 山东沿海地区海水入侵灾害统计(1991年数据)

续表

海水入侵速度开始较慢,灾害也较轻,而后发展越来越快,发展速度成倍增长,灾害程度不断加重。如莱州市,在1976—1979年,海水入侵面积仅有15.8km2,年平均入侵速度仅有46m;1980—1982年,海水入侵面积发展到23.4km2,年平均入侵速度增长到92m,比1976—1979年平均入侵速度增长1倍;到1983—1984年,海水入侵速度达到177m/a,比1980—1982年年平均入侵速度增长92.4%,比1976—1979年入侵速度增长2.85倍;1984年6月至1987年8月间,海水入侵年平均31.07km2,入侵速度达到345m/a,并出现209.56km2地下水位低于海平面的负值区;1987年9月至1988年8月,海水入侵速度继续增长,达到404.5m/a,比刚开始入侵时高7.78倍,地下水负值区达到251.07km2,见表1-7-6。

表1-7-6 莱州市海水入侵变化速度分析

2008年4月山东省海洋与渔业厅发布的《2007年山东省海洋环境质量公报》显示,目前山东省海水入侵面积超过2000km2,其中严重入侵面积为1000km2,氯离子浓度最高值为92397mg/L、矿化度最高值为121.4g/L(无入侵情况下上述两项指标分别应为小于250mg/L和小于1.0g/L),莱州湾南侧海水入侵最远距离达45km。

(六)海平面上升与海水入侵之间的关系

1.海平面上升对山东沿海地区海水入侵的直接影响

影响海水入侵的因素很多,自然因素包括降水量、海平面上升等;人为因素主要包括地下水超采、海岸带工程、海水养殖等,其中地下水超采被认为是近30a来山东省滨海地区海水入侵的主要原因(夏军,等,2013)。然而,笔者认为同样不能忽视气候变化引起海平面上升对海水入侵的影响,它是该区海水入侵发生的环境背景。也就是说,即使其他条件不变,海平面的上升使原有咸、淡水之间的水动力平衡遭到了一定程度的破坏,会进一步加重陆域平原地区的海水入侵(夏军,等,2013)。

以莱州湾莱州市与龙口市为例,莱州市和龙口市自1970年以来气温呈缓慢上升趋势,平均上升速率分别为0.5℃/10a、0.6℃/10a,而渤海海平面以1978年为基准面,海平面最高年份2007年比1978年升高近120mm;莱州市和龙口市自1975年发现海水入侵后,随着时间的推移,入侵面积逐渐变大,最大海水入侵面积分别为298.2km2、105.0km2。20世纪80年代之后两市降水量是缓慢上升的,因此从自然因素的角度讲,气候变化引起的海平面上升是两市乃至山东省滨海地区海水入侵面积扩大的主要原因。

2.海平面上升对山东沿海地区海水入侵的间接影响

气候变暖引起海平面上升的同时也会增加风暴潮的强度。高海平面抬升了风暴增水的基础水位,风暴潮高潮位相应提高,水深增大,波浪作用增强,河流排水受阻,加重了致灾程度(夏军,等,2013)。而风暴潮等自然现象的发生也对海水入侵有一定的影响。风暴潮的出现可使海潮漫溢淹没滨海平原低地,并在内陆地表形成咸水集水区,进而渗入地下造成地下水咸化(夏军,等,2013)。如莱州市1974年发生的大潮,潮水入侵内陆4~6km,面积超过60km2。过去由于内陆地下水位较高,因此海潮入侵污染内陆水源的程度较轻,且能比较快地淡化和回退。现在滨海地区地下水位普遍下降,甚至出现大面积的水位负值区,一旦出现海潮漫溢,回退将很困难。特别是近年来山东省沿海地区打了很多深井,穿透了地下隔水层,如果海潮通过深井污染了深部水源,那么治理将更加困难(夏军,等,2013)。