一、概述濱海含水層是指陸地淡水和海水在地下相遇的部分，可以由不同類型的巖石組成，其中包括巖溶發(fā)育的石灰?guī)r、裂隙發(fā)育的巖石和松散砂巖，厚度從幾米到上千米不等。地表上的土地利用、地形和氣候條件也可能明顯不同。盡管含水層性狀迥異不同，但是濱海含水層還是有著相同的水文地質(zhì)特征，例如，流動受濃度梯度的影響非常大，由于淡水和咸水組成的差異，在混合區(qū)會形成不同的水質(zhì)特征。由于處于地質(zhì)活動強(qiáng)烈的環(huán)境，地下水類型通常受長時間地質(zhì)作用（如海平面波動）的影響。從水管理的角度來看，由于海水入侵和倒錐的形成，在濱海含水層，易于發(fā)生淡水咸化問題。隨著對淡水資源需求的增加、天然水文地質(zhì)條件的破壞、氣候變化和地下水污染，可利用的水資源和寶貴的生態(tài)環(huán)境正面臨著嚴(yán)重的壓力。本文將探討濱海含水層目前的狀態(tài)，常見的問題，以及水文地質(zhì)學(xué)作為一門學(xué)科，如何在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過程中作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。二、現(xiàn)狀分析世界上的濱海地區(qū)幾乎都是人口高度密集區(qū)，全世界有一半的人口居住在濱海地區(qū)，而且10個大城市中就有8個位于濱海地區(qū)（聯(lián)合國海洋論壇，），同時，大量的用水需求對地下水資源造成了巨大的壓力；同時含水層也受到了廢物和生活污水處置以及污染物淋濾的威脅；承壓水水位的降低又造成了地面沉降。在干旱和半干旱地區(qū)，地下水作為唯一的淡水資源，在用水高峰期（如旅游季節(jié)）面臨的問題尤為嚴(yán)重。然而，這些問題并不只出現(xiàn)在濱海含水層中，將濱海含水層與其它含水層分開來考慮，只會造成由于過度開采而導(dǎo)致的海水入侵變得更為嚴(yán)重。關(guān)于海水入侵問題，沒有全面的評論。在一些文獻(xiàn)中，完整地記錄了美國（Konikow和Reilly，1999）和地中海（López-Geta等，2003）濱海含水層的一些海水入侵的案例，包括夏威夷、加利福尼亞、佛羅里達(dá)、大西洋和海灣的沿海平原等。歐洲環(huán)境保護(hù)署的最近數(shù)據(jù)表明，在歐洲，至少有100個地區(qū)受到了海水入侵的影響（Scheidleger等，2004）。在荷蘭，擁有來自河流和大氣降水的充足淡水資源，但是在1880～1992年間，由于鹽化作用，有20個井群被迫關(guān)閉，另外的9個不得不利用人工補(bǔ)給（Stuyfzand等，2004）。這些數(shù)字表明，海水入侵是全球性的問題。另外，由于人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污染物造成的水質(zhì)惡化、河流補(bǔ)給減少以及氣候變化等問題在未來的10年內(nèi)將會變得更加嚴(yán)峻。預(yù)計在某些地區(qū)海平面上升和地下水補(bǔ)給率減少，會造成海水進(jìn)一步向內(nèi)陸擴(kuò)張，進(jìn)而造成淡水資源的污染。三、解決方案和其它含水層一樣，濱海含水層的管理也包括需求和更新的平衡問題。因此，濱海含水層管理的主要問題是優(yōu)化抽水方案，預(yù)防并減少含鹽地下水的側(cè)向運(yùn)移。更多情況下，水需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供給量，這樣就必須采用其它一些補(bǔ)充方案，以保證充足的用水量。這些方案可能包括從濕潤地區(qū)引水在干旱期將過量的水資源進(jìn)行人工補(bǔ)給，循環(huán)再利用，脫鹽和用水定額配給等。假如在不久的將來出現(xiàn)水資源短缺問題，那么將會增加對含鹽地下水和處理廢水的利用。需要確定不同的用水需求，從而可以為不同的用戶分配不同的用水量，例如，為何用寶貴的淡水資源作工業(yè)用途呢？譬如進(jìn)行工業(yè)冷卻。對于特定地區(qū)而言，最佳方案取決于該區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)、法律、環(huán)境和水文地質(zhì)條件等諸多因素。對評價方案的可行性和影響力，水文地質(zhì)學(xué)家起著非常重要的作用。但是最新的水文地質(zhì)工具和知識水平可以回答濱海區(qū)最佳的地下水管理問題嗎？還存在著一些什么樣的科學(xué)問題？四、科學(xué)挑戰(zhàn)有人認(rèn)為濱海水文地質(zhì)始于BadonGhijben（1888）和Herzberg（1901）的研究工作。此后的10年內(nèi)，許多野外研究和理論分析相結(jié)合，使得濱海含水層地下水流動和鹽分分配等基本理論得到了發(fā)展。從上世紀(jì)70年代早期開始，建立了許多模型。隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在可以用一些軟件來模擬實(shí)際含水層的情況，如三維流、非均質(zhì)和各向異性等。關(guān)于濱海區(qū)地下水水質(zhì)問題的研究，也得到了一定的發(fā)展。Versluys（1916）最先認(rèn)識到陽離子交換作用對流動的淡水和含鹽地下水水體的化學(xué)組成的重要性。在上世紀(jì)80年代和90年代，學(xué)者們對含水層的性質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究。同時也詳細(xì)研究了海水和淡水相互混合的化學(xué)過程，如方解石溶解。另外，在許多研究中也用到了同位素方法，據(jù)此來確定咸水的來源，進(jìn)而來確定水體的年代。以上對濱海水文地質(zhì)發(fā)展概況的總結(jié)盡管非常簡潔，但已充分說明了所取得的巨大進(jìn)步，而這一點(diǎn)是復(fù)雜的水資源管理工作所必不可少的。當(dāng)然，仍有許多問題有待進(jìn)一步研究，如濱海水文地質(zhì)系統(tǒng)的總體把握、數(shù)學(xué)模型的發(fā)展、地下水的水文地質(zhì)特征和地球化學(xué)性質(zhì)等。（一）概念的理解傳統(tǒng)的概念認(rèn)為，含水層中淡水和咸水的空間分布是淡水水體覆于咸水水體之上的，咸水水體位于海平面以下。這一概念僅限于那些海岸線很長而且保持平穩(wěn)的地區(qū)。然而，由于全球海平面波動和海岸線不斷遷移，因此，這一概念只是一種特例。在最后一次冰川期（110～10kaBP）海平面下降，隨后的全新世（10kaBP至今）時期海平面持續(xù)上升。因此，在近海有時會發(fā)現(xiàn)幾十千米的淡水層，相反，在距目前海岸線很遠(yuǎn)的內(nèi)陸卻會發(fā)現(xiàn)含鹽地下水。研究地下咸水的古水文地質(zhì)演化過程和影響因素是一個學(xué)術(shù)挑戰(zhàn)，同時對于了解水資源演化和進(jìn)行咸水入侵研究，也具有重要的意義。應(yīng)當(dāng)對目前近海淡水資源的可持續(xù)開采量進(jìn)行計算，并認(rèn)真選擇模型計算的初始條件和邊界條件。例如，通常假定濃度（海水）和海岸線的水文地質(zhì)邊界條件是定值，而事實(shí)上如果淡水延伸到了海平面以下，這一假定是不合理的。由于目前濱海含水層中的淡水和含鹽地下水分布仍可以反映以前的環(huán)境狀況，因此，不清楚目前的環(huán)境有多大程度上是由長期影響或最近人為活動影響的結(jié)果。這一問題也引起了對海底地下水排泄的研究（Kooi和Groen，2001）。目前已經(jīng)意識到，近海地下水排泄造成了營養(yǎng)負(fù)荷加大和沿海海水污染，在這一方面有許多工作要做。需要采用多種方法對排泄量進(jìn)行可行性的定量評價，同時，為了預(yù)測營養(yǎng)物質(zhì)和污染物進(jìn)入海水后的運(yùn)移情況，需要對由于海水和地下水相互作用而導(dǎo)致的地球化學(xué)作用進(jìn)行研究。在這一方面，可以采用耦合多組分反應(yīng)運(yùn)移模型模擬變密度流動過程。天然水文地質(zhì)條件的破環(huán)是影響地下淡水資源的另一個因素。例如，上游河流水量減少到一定程度，會造成海水在河口逆流遷移，由于海濱海地區(qū)的沉積物減少，從而會造了成海岸線的后退。例如在澳大利亞墨累河和埃及尼羅河的某些地區(qū)，海岸線平均每年會后退幾十米（Frihy等，2003）。顯然，海岸線后退會對內(nèi)陸的淡水資源造成一定的負(fù)面影響。稍預(yù)期的惕氣候變骨化和相織應(yīng)的海孝平面抬融升將會咽影響濱拼海含水暫層的流箏動區(qū)域繪（藝Oud讀eE伐ssi良nk漂，闊200絮1急）。由輛于海平戲面抬升過會造成好海水入脾侵和淡鞠水資源補(bǔ)的減少吼，所以喊必須進(jìn)周行精確睜地定量喬研究，內(nèi)并告知呆水資源靈管理者講，同時場也需要衡對影響航海水向鏈內(nèi)陸推批進(jìn)范圍圖和海底叨地下水姿排泄率刷的含水儀層排泄?jié)矃^(qū)變化照進(jìn)行定旁量化研京究。在慰進(jìn)行這宅些預(yù)測錄時，需郵要有良兵好的理啄論知識士和可靠跪的模擬面手段。壇（二）門數(shù)學(xué)模泊型映在濱海均區(qū)的地餓下水流屯動和溶港質(zhì)運(yùn)移仁模型中遇，需要蝶考慮密襲度的差朗異。愁Sim狐mon志s希（誤200莫5忽）對該桌問題進(jìn)荷行了深峽入探討役。白模擬密左度驅(qū)動摟流的數(shù)膀字代碼蹲的明顯盾缺陷，奶是很少這有分析癥方案和鹽實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)實(shí)驗(yàn)結(jié)盜果可以晴對此進(jìn)握行驗(yàn)證蔥，目前酷仍有許拼多問題高沒有得伶到解決角，例如傅，關(guān)于絡(luò)模擬上放覆于淡套水含水良層的咸虹水的非叼穩(wěn)定流超時，不梯穩(wěn)定性明依賴于廁空間和惡時間的忌離散性掘（賞Die擔(dān)rsc革h松和除Kol北dit庫z表，翠200聚2畫）。厲目前多濁采用將時模擬變升密度地舊下水流掘代碼和討地球化辜學(xué)代碼秀相結(jié)合認(rèn)的方法慶，來完嬌整地描文述耦合卻流和水獎文地球森化學(xué)系琴統(tǒng)（問Fre愁edm照an富和豎Iba坡rak儲i嶺，咬200晉2浪；宗Lan偷gev裁in潤等，素200痰4習(xí)）。已惱有的耦洪合模型腰的應(yīng)用榜方法有筋所不同小，這與儉解決方舍案和復(fù)餃雜的地梁球化學(xué)決反應(yīng)有斷關(guān)。這墾些代碼位的發(fā)展奪仍處于排初始階茫段，仍依需要深郊入研究鏡。盯在污染療羽遷移勉受變密秋度流影境響的濱碼海區(qū)，隨咸水入贈侵導(dǎo)致考某些反歐應(yīng)，如霧陽離子串交換、族礦物溶暑解兵/靜沉淀和玉發(fā)生氧喝化還原侵反應(yīng)時偽，會采爪用多組隨分反應(yīng)廢運(yùn)移模暑型?；療釋W(xué)反應(yīng)抱會影響法到地下解水的密屋度，進(jìn)衰而會影厘響到流笛域的范虹圍。隨及著對脫竄鹽后地賞下水需無求量的滲增加，共相應(yīng)地痕需要設(shè)疑計脫鹽再工廠，悅需要精墻確計算池所抽取貌地下水堡的組分兵。此時糊，這些鉗模型的偷重要性篇就可以捧更加充售分地發(fā)曾揮出來田。爸通過將矛化學(xué)反義應(yīng)之間誤的相互盡作用（淹如沉淀廟/銳溶解反索應(yīng)）和奶含水層臂的物理像特性（投如水力渣傳導(dǎo)系趴數(shù)和孔塑隙度）園包括在嫩內(nèi)，多闖組分反肆應(yīng)運(yùn)移雕模型可改以得到恢進(jìn)一步裳發(fā)展（扭Fre獎edm絲an燦和田Iba潑rak書i夸，都200急2糾）。這隔些模型嚴(yán)可以用刪于驗(yàn)證今方案的濟(jì)可行性皮，用來掏評價人拉工障礙杠物對咸塔水入侵嘆的影響溜。盡管貿(mào)目前在飾這一領(lǐng)虎域已經(jīng)香開展了攝一些工滅作，但尺是關(guān)于兄這些相儉互作用僻的機(jī)理吳仍不太懲清楚。縣由于水乖鹽預(yù)算淚，地表釀水和地錄下水有嫁了更緊預(yù)密地聯(lián)拖系。由憑于地下微水比地島表水的腔反應(yīng)要蔬滯后，吐因此，掠模擬二良者之間悶的相互季作用時苗，需要?dú)v確定一匯個合適虜?shù)臅r間低尺度。晚在這一專領(lǐng)域進(jìn)菊行的研屢究工作槐不多，膚需要建變立一些訓(xùn)評價海鄰平面上叮升對河裂流含鹽演量影響哈的模型鹽。愛（三）伙地下特網(wǎng)征嗎為了準(zhǔn)形確地應(yīng)愉用模型插來描述詢真實(shí)的歲三維流留動、遷辟移以及紐不同密某度條件捏下的地臣球化學(xué)街作用，通需要對報地下特伍征進(jìn)行蘆準(zhǔn)確而繳詳細(xì)的謎描述。旬由于海作水遷移剃在很大蠢程度上寬是受地柱下非均謙質(zhì)性的士控制，睜因此在酬確定海槽水入侵訊時有一解定的難即度。當(dāng)寧然，在腸其它水漆文地質(zhì)江領(lǐng)域也末會出現(xiàn)叉這一難搶題，如顫受污染每的水文割地質(zhì)條暑件；然遇而，咸狀水入侵冬問題涉液及的范捷圍要大跡得多。白所以，狐對裂隙存等具有立優(yōu)先流耕動路徑誕的地質(zhì)蟲結(jié)構(gòu)的木描述就滑顯得尤持為重要乖。娃繪制水竿文地質(zhì)剩圖不能旗僅依靠念鉆孔資探料，因剩為鉆孔靜數(shù)量一寸般都相浩對較少貫。在數(shù)紙值模型珠中，地饅下含鹽男量分布很情況也禾是一個虛非常重餃要的參季數(shù)。需喂要采用命可以提輩供巖性艇、水力掘特性和弦鹽分變魂化的方丙法來獲墨得有效病的地下家特征，拍如二維企或三維燦地電、較航空電圈磁和地區(qū)震方法滑等。目岡前在濱厘海水文番地質(zhì)研躁究工作納中，用量到了這達(dá)些相對傍較新的釘技術(shù)。漸而且已衡經(jīng)證實(shí)浩沉積學(xué)至模型在棄這方面堅起著獨(dú)喉到的作柱用。巾逆解法毀是確定蒜所需輸偶入?yún)?shù)朗的另一面種方法閣。新的液最優(yōu)化茄算法正增在發(fā)展茶用來校導(dǎo)正變密僚度模型大。在新責(zé)的方法臣中，將普水頭和醬鹽分結(jié)辟合起來械分析，追從而提倦高了參酸數(shù)估計皺的可靠負(fù)性。純盡管確梳定地下舟特征的敏技術(shù)方殘法在不駱斷改進(jìn)稼，但是旬仍存在漫不確定近性，需斜要進(jìn)一耕步研究繁。孤用統(tǒng)計粱屬性確析定參數(shù)壘代替定昂性模型越確定參難數(shù)的隨避機(jī)模型途能夠量執(zhí)化預(yù)測銅模型中任的不確崗定性。賢同時也犁需要評匪價小尺鳥度范圍躍內(nèi)的非阻均質(zhì)性迫影響，裂在區(qū)域猜尺度模羞型中，畜非均質(zhì)雷性的影稱響是通瓦過有效期參數(shù)確胡定的。愈小尺度牙滲透性沃變化的守影響通烏過彌散望系數(shù)進(jìn)典行模擬甜。這一卡方法是燒否有效刑仍在爭充議之中鹿，在將牛來的研刺究工作稍中是一校個重要甲的課題較（商Die愛rsc痛h社和凡Kol寄dit仁z自，伶200欠2槳）。宅在確定仁非均質(zhì)體性時也安需要對惡地下水誠補(bǔ)給進(jìn)飄行定量睬化。補(bǔ)牛給率隨攏時空變限化極不祖平衡，挺特別是惑在城市輩地區(qū)表宿現(xiàn)得尤享為明顯任，而在挺濱海地獲區(qū)又有策大量的喂城市存陸在。應(yīng)清當(dāng)在濱驅(qū)海地區(qū)綱采用新禿的同位役素技術(shù)鳥，如氚省－氦測位年方法疊來了解哲含水層歷補(bǔ)給的跌變化情膚況。之旅后，建蟲模者通贊過這一賽信息來答對模型賠進(jìn)行改趣進(jìn)。復(fù)近海區(qū)腰的資料菊缺乏是賤一個嚴(yán)另峻的問細(xì)題。濱床海含水?dāng)硨油ǔ０闀由炷闹梁５子滓韵?，象因此在愧建立正玩確的咸芽水入侵駐模型時撒需要精咽確的海歷底地質(zhì)格條件。么目前陸殊地－海腥洋相互驚聯(lián)系方箏面的研順究工作李還不夠糠，在將早來的研與究工作震中，水鵲文地質(zhì)淚學(xué)家應(yīng)扶當(dāng)和海社洋地質(zhì)楚學(xué)家進(jìn)雀行合作娘，以解暢決這方嶼面的問染題。內(nèi)五、結(jié)挽論舍濱海區(qū)春的供水胞條件和模生態(tài)系肌統(tǒng)面臨鳴著極大起的壓力寸，而且撐這種壓昌力估計級會在將怨來所增我加。問屈題是，逮什么時運(yùn)候是受紛淡水資擇源所限經(jīng)制的人牌口數(shù)量臺和生活繼條件會箭達(dá)到極酷限？目頓前的技廁術(shù)，如舉人工補(bǔ)皺給和恢千復(fù)、脫事鹽作用既和水循幫環(huán)利用處可以緩三解這一丑問題嗎苦？或者波說使居喉民逐漸嶄適應(yīng)退濁化的生剪態(tài)環(huán)境臨，甚至粗是放棄球利用這侍些地區(qū)激？要回高答這些含問題，豬需要考跳慮許多寺因素。蕉水文地莊質(zhì)學(xué)家擠的作用垂是如何持實(shí)現(xiàn)濱搭海含水愿層的最袋佳管理鍵，從而醬實(shí)現(xiàn)資紡源的可哄持續(xù)利探用。榜重新回房到前面尚的問題胖上來，險目前的品技術(shù)可柱以解決植這一問演題嗎？蔽在過去幕的幾十鎮(zhèn)年間，南進(jìn)