赫尔半岛（波兰）的海水入侵：当地控制措施与地球物理学研究视角

《Journal of Hydrology》：Saltwater intrusion in the Hel Peninsula (Poland): Local controls and geophysical insights

本研究通过电 resistivity成像（ERT）结合水文化学分析和Fetter解析模型，揭示了赫尔半岛咸水入侵的空间动态和影响因素，发现地形和地质结构导致不对称入侵模式，并验证了模型在复杂地质中的适用性。

　　盐水入侵（SWI）是一个在沿海含水层中普遍存在的现象，它通常发生在淡水与海水之间的自然平衡被打破时，比如由于地下水开采、海平面上升或风暴潮等影响。这一现象对沿海地区的环境和社会经济具有深远的影响，包括淡水资源的枯竭、土壤盐渍化、饮用水污染以及陆地和水生生态系统的退化。随着全球气候变化的加剧，海平面上升和极端事件的增加使得沿海含水层面临的威胁更加严峻。此外，盐水入侵不仅受到局部水文地质特性的影响，还受到多种外部因素的共同作用，包括气象、气候以及海洋动力过程。这些因素在不同空间和时间尺度上作用，使得盐水入侵过程复杂多变。

### 研究区域与重点

本研究聚焦于波兰的海尔半岛（Hel Peninsula），这是一个狭长的沿海地形，位于波罗的海和普克湾（Puck Bay）之间。由于其特殊的地貌特征和局部淡水开采活动，该半岛对盐水入侵表现出较高的敏感性。研究通过综合使用电导率电阻率成像（ERT）技术、井数据、地质图和气象数据，来刻画淡水-海水界面的空间分布和动态变化。通过结合ERT和水文地质数据，研究旨在揭示海尔半岛上盐水入侵的边界特征及其在不同区域的分布情况。

### 研究方法

为了准确识别盐水入侵的边界，研究采用了多种方法。首先，使用ERT技术进行地下结构成像，通过电导率的变化来反映盐水的分布情况。ERT是一种非侵入性、低成本且高分辨率的地球物理方法，能够捕捉到从淡水透镜到盐水区域的过渡带。研究选择了六个浅层ERT剖面，最大探测深度约为30米以下海平面。这些剖面提供了丰富的地下电导率数据，有助于识别盐水入侵的边界。

其次，研究结合了水文地质数据，包括地下水采样和实验室分析，以验证ERT的结果。通过分析地下水的电导率、氯离子、氟离子、溴离子、硝酸盐、磷酸盐和硫酸盐等参数，研究揭示了地下盐度的分布情况。这些数据不仅有助于理解盐水入侵的范围，还提供了关于地下水污染的线索。

此外，研究还利用了分析模型，特别是Fetter的解决方案，以更准确地模拟盐水入侵的边界。Fetter的模型基于恒定地表补给的假设，适用于岛状或半岛状的含水层。研究通过对Ku?nica剖面的校准，将Fetter模型应用于整个海尔半岛，以估计淡水-海水界面的深度和形状。通过这种综合方法，研究能够更全面地理解盐水入侵的动态特征。

### 研究结果

ERT的结果显示，海尔半岛的浅层地下结构具有显著的电导率差异。电导率范围从0到20欧姆·米被解释为盐水，20到60欧姆·米为咸水，而高于60欧姆·米的区域则为淡水。这些结果表明，盐水入侵不仅局限于靠近波罗的海的区域，也影响到了普克湾一侧。特别是在Ku?nica剖面中，研究发现了显著的电导率峰值，这可能代表了盐水入侵的边界。

水文地质数据进一步支持了这一发现。在Piezometer井1中，地下水的电导率随深度增加而上升，表明盐水入侵的程度。在井2中，电导率的变化也显示出盐水入侵的特征，尤其是在较深的区域。这些数据表明，海尔半岛的地下水系统受到盐水入侵的显著影响，尤其是在靠近海平面的区域。

此外，研究还分析了气象数据，以评估地下水补给和盐水入侵的关系。通过计算参考蒸散发（ET?）和地下水补给（R），研究发现不同月份的补给量存在显著差异。例如，在9月，补给量较高，而在3月和4月，由于蒸发和降水的影响，补给量较低。这些数据为理解盐水入侵的动态提供了重要的背景信息。

### 讨论与分析

研究结果表明，盐水入侵在海尔半岛上呈现出不对称的分布模式。这可能是由于半岛的地形和地下地质结构的不同所导致。在靠近波罗的海的区域，盐水入侵的深度较大，而在靠近普克湾的区域，盐水入侵的深度较小。这种不对称性可能与地下水补给和排泄的动态有关，特别是在降水和蒸发的季节性变化影响下。

此外，研究还发现，局部的地质异质性，如泥沙层和粘土层，对盐水入侵的分布产生了显著影响。这些层可能作为盐水入侵的屏障或通道，从而改变盐水的运动路径。例如，在Ku?nica剖面中，研究发现了一个低电导率的异常区域，这可能是一个低渗透性的泥沙层，阻止了盐水的进一步入侵。

通过将ERT数据与Fetter模型结合，研究能够更准确地估计盐水入侵的边界。尽管Fetter模型在某些区域（如W?adys?awowo和Cha?upy）的预测与实际测量存在一定的偏差，但在Ku?nica和Jastarnia等区域，模型的预测与实际数据较为一致。这表明，在某些地质条件下，Fetter模型能够有效模拟盐水入侵的动态。

### 结论

本研究通过综合使用地球物理、水文地质和气象数据，揭示了海尔半岛上盐水入侵的复杂性和多样性。研究结果表明，盐水入侵不仅受到地形和地质结构的影响，还受到气象和水文条件的调控。通过将ERT与Fetter模型结合，研究能够更准确地识别盐水入侵的边界，并评估其对地下水系统的潜在影响。

研究还强调了在沿海地区进行盐水入侵研究的重要性。由于传统的点测量方法在空间覆盖和分辨率上存在局限，地球物理方法如ERT提供了更全面的地下结构信息。此外，水文地质数据和气象数据的结合，有助于更准确地评估盐水入侵的动态，并为沿海地区的水资源管理提供科学依据。

总体而言，本研究为理解盐水入侵的机制和影响提供了新的视角，并展示了地球物理和水文地质方法在复杂沿海环境中的应用价值。通过这些方法，研究不仅能够识别盐水入侵的边界，还能评估其对地下水系统的潜在威胁，为沿海地区的可持续发展和环境保护提供重要参考。