围海造陆在缓解土地紧张局势、合理利用滩涂资源、防止陆地被海侵吞、优化港口配置等方面起到了积极的作用。世界很多国家进行了不同程度的围海造陆工程，规模较大的国家有荷兰、中国、日本、韩国、美国等，面积均超过300km²，尤其荷兰，围海造陆已有800a 的历史，造陆面积约7000km²，占国土面积的20%左右^[1]。2002—2013 年期间，中国累计确权围海造陆面积达11090km²，主要集中分布于浙江省、福建省、江苏省、辽宁省、天津市等区域^[2]。围海造陆在拓展土地空间的同时，也造成相当多的生态环境问题。荷兰、日本早年围海造陆带来了一系列危害，直至威胁到海岸带生态环境和海岸线存亡的时候，才陆续放缓甚至放弃这项工程，使海岸自然环境适当恢复。中国在大规模填海造陆的同时，海岸线和海岸带生态环境的安全性不容忽视，避免重蹈覆辙。

天津滨海新区的发展被提到国家总体发展战略后，随着经济持续发展、城市化进程不断加速及产业转移，自2009 年以来，掀起了一轮围海造陆浪潮，对海岸带环境造成了一定的影响。围海造陆的影响范围遍及由陆到海的整个海岸带区域，但目前的研究主要集中在填海区本身和港湾近海^[3-4]，对陆域滨海地区研究较少，而陆域滨海地区是人口和社会经济活动最为密集的区域，应当加强围海造陆对这一区域直接和间接影响的研究。鉴于以上原因，本文利用滨海新区由陆到海的3 条浅层地下水监测剖面所获取的地下水动态变化监测数据和土壤含盐量测试结果，研究围海造陆对海岸带陆域一侧浅层地下水及生态环境的影响，以期通过对这一过程的客观认识，为本区生态环境保护提供依据。

1.   滨海新区围海造陆概况

天津滨海新区位于华北平原东北部、海河流域下游，地貌属滨海冲积平原，地势平坦，拥有海岸线153km，陆域面积2270km²，海域面积3000km²。本区属暖温带半湿润大陆季风气候区，年平均气温11.4~12.9℃，多年平均降水量556~609mm，多年平均蒸发量1187~2101mm。滨海新区较大规模围海造陆工程始于20 世纪80 年代，根据调查结果，围海造陆主要是将沿海滩涂及近岸浅水区通过吹填而获得的。为查清滨海新区围海造陆工程的历史过程和现状，选择美国Landsat 系列卫星1981—2014 年期间多时相的遥感数据，对滨海新区盐田改造及围海造陆工程进行了跟踪监测。依据监测结果，认为滨海新区1981—2014 年盐田改造及围海造陆工程可分为4 个阶段。

第一阶段：1981—2003 年，主要工程是大规模盐田改造，用于城市建设，同时出现天津港向海延伸的小规模港口扩建围海造陆工程。

第二阶段：2003—2006 年，主要是天津港大规模扩建配套的围海造陆工程，同时进行了临港经济区第一期围海造陆工程和东疆港及其他港口配套围海造陆工程。

第三阶段：2006—2009 年，临港经济区扩充第二期工程，同时建造了海滨浴场及滨海航母主题公园等。

第四阶段：2009 年至今，为了实施国家发展策略，从2009 年开始滨海新区规划在东疆保税港、临港经济区、南港工业区、临港产业区、天津港围海造陆共计420km²。其中东疆保税港30km²、临港经济区80km²、南港工业区130km²，临港产业区120km²、天津港60km²。截至到2014 年，已经完成围海造陆面积356km²，形成从天津港到南港连片的围海造陆区和天津港北部大面积的围海造陆区。

2.   浅层地下水监测剖面布置

天津滨海新区晚第四纪以来经历了海侵海退的历史^[5-6]，地层保存相对连续，含水介质相对均一，并呈面状分布，形成由陆到海较为完整的浅层地下水径流系统。浅层地下水基本不具有承压性，其径流方向主要受控于地形，在天然状态下由水位高的地方向水位低的地方径流，最终向海一侧排泄。大规模的围海造陆完成后，相当于在陆海之间竖了一堵高墙，人为加高了向海一侧的地势，导致由陆到海的地表水和浅层地下水循环发生较大变化，从而影响到沿海低地浅层地下水环境、径流方式、排水条件、生态环境等^[7-8]。为了揭示围海造陆对浅层地下水径流的影响过程，笔者选择南港工业区、临港经济区及天津中新生态城3 个围海造陆规模较大的区域作为研究对象，在围海造陆区对应的陆域，垂直海岸线布设3 条浅层地下水监测剖面，分别为大港剖面（剖面Ⅰ）、塘沽剖面（剖面Ⅱ）和汉沽剖面（剖面Ⅲ）（图 1）。这3 条剖面分析结果可以相互印证，避免单一剖面造成的认识偏差。每条剖面布置10 眼监测井，井间距为1~5km，考虑到垂向地层结构，本次调查监测2 个深度水位。第一种约15m 深的井，主要监测第一海相层孔隙水变化；第二种约30m 深的井，主要监测第二陆相层孔隙水变化，30m深的井设计双层观测，监测两层水位，上部15m 止水成井，与15m 井监测层位一致，下部15~30m 上下止水成井，观测15~30m 之间的水位动态变化（图 2）。监测剖面Ⅰ总长15.4km，浅井5 眼，深井5 眼，最小井间距0.90km，最大井间距3.30km。监测剖面Ⅱ总长21.1km，浅井5 眼，深井5 眼，最小井间距1.23km，最大井间距4.86km。监测剖面Ⅲ 总长31.1km，浅井5 眼，深井5 眼，最小井间距1.85km，最大井间距4.47km（图 2）。成井时，在全孔取心基础上，确定每个孔的成井层位，取心过程中对上部0.1~3.1m 以内的岩心采集了土壤易溶岩样品；成井后，对所有监测井进行了水位动态变化长期监测和每年一次的水质监测，已经获取了系列监测数据，为本次研究提供了条件。

图  1  浅层地下水监测剖面位置

Figure  1.  Location of shallow groundwater monitoring sections shown by the red solid circles

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图  2  典型观测井水位动态曲线

Figure  2.  Curves of the groundewater level at typical observation wells

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3.   监测结果及分析

3.1   浅层水位动态变化及分布特征

根据剖面钻孔揭露的地层情况，地层岩性以粉砂质粘土、淤泥质粘土、粘土质粉砂、粉细砂为主，地层结构复杂，为多种岩性相间结构或上细下粗的双层结构。地层结构决定浅层含水砂层和粘性土隔水层分布不稳定，浅层地下水水力特征表现出潜水、微承压潜水特性，参与现代水循环，接受大气降水补给和蒸发排泄。由于浅层地下水基本不开采，地下水位动态多表现出自然状态，基本与气象周期一致，年际动态变化较小。2014 年12 月—2015 年12 月，对3 条剖面每个监测井进行了水位长期监测。

南部大港剖面（剖面Ⅰ）：15m 浅井水位标高为-0.253~1.592m，水位埋深1.50~3.81m；30m 浅井的水位标高为-0.153~0.799m，水位埋深1.84~4.03m。2 个监测层位的水位标高较接近，由陆到海水位表现相对平缓，但此剖面的水位标高明显高于中部、北部剖面。从单孔的水位动态曲线可以看出，第一层水位表现出自然的动态变化，主要受降水影响，第二层水位表现相对平缓。个别监测井第二层水位高于第一层，表现出微承压潜水的特征（图 2-a、b，图 3）。

图  3  浅层地下水监测剖面Ⅰ

Figure  3.  Section Ⅰ of shallow groundwater monitoring

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中部塘沽剖面（剖面Ⅱ）：15m 浅井水位标高为-4.148~0m，水位埋深0.70~4.31m，表现出由陆向海水位变高的趋势，且水位标高基本处在负海拔，第一层水位局部形成了水位降落漏斗，可能是局部地下水开采所致。30m 浅井水位标高为-11.794~-5.955m，水位埋深7.00~11.17m，水位相差较大，总体表现出由陆向海水位变高的趋势，第二层水位差尤为突出，东西水位高差为5.839m。从单孔水位动态曲线可以看出，第一、二层水位均非常平缓，受大气降水影响较小（图 2-c、d，图 4）。

图  4  浅层地下水监测剖面Ⅱ

Figure  4.  Section Ⅱ of shallow groundwater monitoring

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北部汉沽剖面（剖面Ⅲ）：15m 浅井水位标高为-4.601~0.489m，水位埋深1.14~6.52m，表现出由陆向海水位变高的趋势，且水位标高也基本处在负海拔，局部形成了水位降落漏斗，可能是局部地下水开采所致。30m浅井水位标高为-12.663~-2.678m，水位埋深4.08~14.13m，2 个层位的水位相差较大，总体表现出由陆向海水位变高的趋势，东西水位高差为9.985m。从单孔水位动态曲线可以看出，第一、二层水位均非常平缓，个别孔第一层水位受大气降水影响（图 2-e、f，图 5）。

图  5  浅层地下水监测剖面Ⅲ

Figure  5.  Section Ⅲ of shallow groundwater monitoring

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3.2   土壤易溶盐分布特征

滨海新区沿海低地是由“海退”形成的海积冲积层和冲积海积层，土壤和浅层地下水原生含盐量较高，处于地下水排泄区，地下水位埋深浅，在蒸发浓缩作用下，导致浅表地层盐分大量累积，造成土壤次生盐渍化。从3 条剖面浅表土壤全盐量分布特征看，由陆到海土壤全盐量逐渐升高，与全区土壤全盐量由陆到海呈现条带状、逐渐升高的空间分布特征一致^[9]。按照天津市土壤全盐量划分方案^①，3 条剖面由陆到海土壤划分为轻盐渍土、中盐渍土、重盐渍土和盐碱土4 类，主要类型为中盐渍土、重盐渍土，到海岸线附近形成盐碱土。

①王兰化, 李明明, 马武明, 等. 天津滨海新区工程地质调查评价报 告. 天津市地质环境监测总站, 2015.

地下水矿化度及埋深对盐渍土的形成具有至关重要的作用，浅层地下水矿化度越高、埋深越浅，其土壤剖面含盐量越高^[10]，且滨海新区南部浅层地下水矿化度普遍高于北部^[11]。从图 3、图 4、图 5 可以看出，3 条剖面地下水矿化度普遍较高，构成了土壤盐渍化的基本条件，由陆到海浅层地下水矿化度呈逐渐增加的趋势，与土壤全盐量变化趋势一致，相关性较好。

南部大港剖面（剖面Ⅰ）：浅表土壤全盐量为67.2~2437.7mg/100g，平均值为978mg/100g，浅层地下水矿化度为21~74g/L，平均值为44.1g/L（图 3）。

中部塘沽剖面（剖面Ⅱ）：浅表土壤全盐量为128.4~6080.5mg/100g，平均值为2463mg/100g，浅层地下水矿化度为1.7~135g/L，平均值为46.6g/L（图 4）。

北部汉沽剖面（剖面Ⅲ）：浅表土壤全盐量为108.0~2189.1mg/100g，平均值为916mg/100g，浅层地下水矿化度为3.1~42.6g/L，平均值为19.9g/L（图 5）。

根据前期的调查结果，滨海新区第一海相层中全盐量最大不超过3000mg/100g，通常在1000~3000mg/100g 之间。从本次监测结果看，剖面Ⅱ个别点全盐量超过3000mg/100g，主要原因可能是剖面Ⅱ东部水位埋深较浅，且持续时间较长，在蒸发浓缩作用下浅层地下水矿化度增高，具有卤水的性质，导致土壤全盐量增高。

水位高低起伏影响地下径流方向，土壤盐分也随之重新分配，或积累富集，或淋失贫化^[12]。3 条剖面均表征了全盐量东高西低的分布特征，剖面Ⅱ、Ⅲ的水位也表现出东高西低的特征。在这种情况下，东部浅层地下水必然向陆域一侧沿海低地径流，同时将携带大量的盐分进入沿海低地，使剖面西部的全盐量逐渐增高，加重土壤盐渍化程度。

4.   围海造陆对沿海低地浅层地下水环境影响评价

天津滨海新区围海造陆区宽度5~10km 不等，最远可深入浅海区逾20km，设计高程4~5m^[13]，而围海造陆区陆域一侧的沿海低地高程小于3m，地面沉降严重区甚至低于0m^[14]，从地势上形成了东高西低的地貌形态。本次研究的剖面Ⅱ、Ⅲ，大多数监测点地表高程已处在负海拔。中部和北部剖面Ⅱ、Ⅲ地下水位变化特征表明，受围海造陆影响，由陆向海浅层水位已经形成逐渐增高的趋势，潜水位出现向陆域一侧反向倾斜，原有的海陆水交换平衡被破坏，使地下水向海排泄径流途径受阻和改变，减少了地下水向海一侧的排泄，导致海岸带陆域一侧水位抬升，加剧地下水蒸发浓缩，使地下水矿化度增高。南部剖面Ⅰ东西向水位高差变化不大，反向倾斜不明显，可能指示了该剖面地下水位高程较高，南港大规模围海造陆对该区域浅层地下水径流的影响较小或仅改变了地下水径流方向。

受全新世海侵影响，滨海新区浅表土壤和浅层地下水原生含盐量较高，土壤全盐量从西到东呈现条带状、逐渐升高的空间分布特征。大规模围海造陆完成后，不仅造成了浅层地下水排水不畅，且抬高了浅层地下水位，在蒸发浓缩作用下，驱使土壤盐分快速向表层聚积。多因素叠加使3 条剖面均出现全盐量东部明显高于西部的分布特征。剖面Ⅱ、Ⅲ的地下水位同样表现出东高西低的特征，在这种情况下，东部高矿化度的浅层地下水必然向陆域一侧沿海低地径流，同时将携带大量的盐分进入沿海低地，使剖面西部土壤全盐量逐渐增高，加重土壤盐渍化程度，严重破坏沿海低地生态环境。

5.   结论及建议

（1）根据3 条剖面水位动态长期监测的结果，天津滨海新区围海造陆对应的陆域一侧沿海低地浅层地下水位已出现由陆到海逐渐增高的情况，地下水位出现反向倾斜，最大水位差近10m，由陆到海自然径流已被人为破坏，阻碍了地下水径流和排泄。

（2）从浅表土壤全盐量大小和分布特征看，3 条剖面土壤盐渍化程度主要处在中盐渍土至重盐渍土之间，个别点为盐碱土，全盐量均出现由陆到海逐渐增高的分布特征。受围海造陆及地面沉降影响，在浅层地下水反向径流作用下，东部区域大量的盐分将被携带至沿海低地，使沿海低地盐渍化程度加重，严重影响到湿地保护和生态建设。

（3）围海造陆对海岸带生态环境造成的影响是一个长期缓慢的过程，应持续监测近岸海域和陆域沿海低地生态环境变化情况，以便在适当时候提出合理的生态环境修复建议。

（4）围海造陆布局设计应在尊重自然规律的前提下进行。人工岛式围填海是目前国外的流行趋势，虽然会增加围填海成本，但具有十分明显的优点，例如在一定程度上仍能维持水体交换和海洋生态系统，对海洋生态的影响相对小。