一、咸水入侵机理分析
咸水成因是一个极其复杂的问题，须借助于微体古生物及古气候、古地理和古水文地质条件等多方面的分析研究。就水文地质条件，既有区域性的一般规律，又有其特殊性。在此仅根据区内一些水质分析资料，通过和现代海水、大陆水特征系数的对比，并结合第四纪海相地层的分布规律(海侵)和古气候特征对区内中深层咸水和深层咸水的成因作初步分析。
据研究，新近纪后期和第四纪时本区曾有过几度海侵。根据地层资料分析:
第一海相层(北镇海侵):顶板埋深2.78～8.0m，底板埋深8.9～27.7m，岩性以淤泥质黏质砂土和淤泥质粉细砂为主。分布范围在无棣泊头—沾化沾城一线以东及博兴庞家以北地区。
第二海相层(惠民海侵):顶板埋深一般为23.4～32.31m，底板埋深为32.3～67.22m，西薄东厚，主要为灰黄、灰黑色黏质砂土夹淤泥层。分布范围较第一海相层大，向西到达惠民以西，向南到达高青、博兴附近。
第三海相层(无棣海侵):顶板埋深为39.0～72.0m，底板埋深为52.0～100.0m，岩性主要为灰黄色黏质砂土、粉细砂，含淤泥质。无棣、惠民以东、小营以北地区均有分布。
第四海相层(滨县海侵):顶板埋深为92.0～114.0m，岩性为灰黄色黏质砂土和粉细砂，分布于滨城以东。
第五海相层:顶板埋深为118.0～166.0m，主要见沾化以东。
第六海相层:分布范围同第五海相层，顶板埋深为161.0～198.0m。
第七海相层:顶板埋深为205.2～295.0m，达无棣埕口至沾化以东。
第八海相层:顶板埋深为321.0～434.0m，分布于无棣埕口至惠民桑落墅以东地区，岩性为黄色粉细砂及棕黄色砂质粘土。
第九海相层:仅见于沾化的东北部，顶板埋深为445.0～495.0m，岩性为棕褐色黏质砂土。
地壳构造运动及古气候的冷暖变化是控制上述海相地层分布(图7-17)的主要因素。
图7-17 滨州市海相地层垂直分布示意剖面图
新生代以来，本区地壳运动以差异性升降为主，但总体呈下降趋势。新近纪上新世末期，构造运动较为频繁，同时，气候开始出现冷暖交替，致使在滨海地区形成三层海相层，其中最后一次分布范围最广，可达无棣、滨县、惠民、沾化等地。
第四纪时，本区继续缓慢下降，沉积中心在博兴纯化以北、无棣县宗王庄等地，由于第四纪冰期、间冰期的影响，气候多次大幅波动，引起海平面多次升降，同时引起多次大规模海侵(图7-18)。
更新世早期，气候较为寒冷，其间曾有过短时的温暖期，当温暖气候到来时，海平面升高，海水曾一度蔓延到无棣、沾化的滨海地区，但海侵规模较小且时间短，向内陆最远仅达沾化黄升附近。
图7-18 第四纪海侵范围分布图
更新世中期，气候仍然比较寒冷干燥，在这一阶段，有过两次短时间的温暖气候，使得沾化部分地区两次发生小规模的海侵。
更新世晚期，温暖湿润及干冷气候频繁交替出现，由于气候的多次变动，引起海水多次变化，本区见有三层海相层，系三次海侵留下的踪迹，其规模依次增大，最后一次达到惠民以西，博兴高青以北。
全新世时，已进入冰后期，气候温暖，与现代气候相近，地表河流发育，且广布一些浅而小的湖泊和沼泽，黄河携带的大量泥沙进入本区后大量堆积。全新世早期，因气候稍凉，海平面较低，地层以陆相沉积为主;全新世中期，气候温暖，海水高于现今高度，发生海侵，除齐河-广饶断裂以南外，普遍分布海相地层。此次海侵规模较大，波及无棣、沾化、博兴等地;全新世晚期，气候普遍变凉，海水退到现今高度。
海侵发生的同时，在海水长期影响下进入岩层中的地下水，由于地壳的不断沉降而被封存起来，这是形成中深层咸水、深层咸水的条件之一，尤其在东北部占重要位置。一般认为，rCl－/rBr－系数和rNa+/rCl－系数结合rSO42－/rCl－、(rHCO－3+rSO42－)/rCl－，以及rCa2+/rMg2+等系数的分析，对说明地下水的成因是有效的。未经变质的地下水，rNa+/rCl－系数均小于0.87，rCl－/rBr－系数均小于300;典型的大陆溶滤水rCl－/rBr－>300，rNa+/rCl－>1，一般为1.78。本区中深层咸水和深层咸水的特征系数值(rCl－/rBr－系数除外)一般均与现代海水接近，与大陆溶滤水则相差甚远;另一方面，据惠民农田供水勘探资料，各特征系数值又和现代海水有一定差别，特别是rCl－/rBr－系数除滨州城区个别钻孔外，均大于300(表7-4，表7-5)。
表7-4 中深层咸水和海水、大陆溶滤水特征系数对比表
表7-5 深层咸水和海水、大陆溶滤水特征系数对比表
根据上面的分析，初步认为本区中深层咸水、深层咸水主要是以封存的海成地下水为母体，经大陆溶滤水的渗入，发生程度不同的变质作用而形成的。由于古地理环境的不同，局部地区(惠民南部及邹平一带)的中深层咸水和深层咸水乃是属于潟湖相或内陆咸水湖相的。
二、咸水入侵现状
判断咸水入侵是依据地下水中矿化度、氯离子含量。划分3种情况:
1.咸、淡水分界面南侵区
主要分布在滨城区北部以山前冲积、洪积成因堆积层与海相滨海沉积平原的衔接地带，广饶县颜徐乡北徐楼村—大营乡小囤子村—郝家村以西一线。本区入侵后地下水矿化度大于2g/L，已经不适于饮用，为深层淡水中入侵程度较重的地区。
根据地下水的矿化度大于2g/L、氯离子含量大于500mg/L及水化学类型为Cl型的划为咸水;矿化度小于2g/L，氯离子含量小于500mg/L及水化学类型为HCO3型、HCO3-Cl型的划为淡水。这是参照国内评价咸水入侵地质环境的通常做法，结合滨州市氯离子含量比较高的实际情况来确定的。
咸水入侵盾面和锋面的确定:
盾面:未发生咸水入侵的咸、淡水界面，据此确定咸水入侵的速度、距离、面积等要素。造成黄河三角洲地区咸水入侵的主要原因是1980年以来滨州城区、东营牛庄—草桥等地深层地下水的大规模开采，因此，把1980年该地区咸、淡水界面作为盾面来分析咸水的入侵。由1980年水化学资料分析，这一界面位于埕口—西小王—冯家—麻家—王侯镇向东一线，该线以北为矿化度大于2g/L，为Cl-HCO3型水及Cl型水，为咸水区;该线以南为矿化度小于2g/L，为HCO3型、HCO3-Cl型水，为淡水区。
入侵锋面:随着时间的推移，由于受大气降水、地下水开采量、地形、地貌、环境水文地质条件的变化等综合因素的影响，咸水在某一时期入侵的界面位置称为“入侵锋面”。它客观上是一个倾向于淡水一侧的复杂曲面，为便于研究，一般将其概化为直立曲面。
从多年来区域水质动态变化分析，并与1980年水化学资料对比，Cl－和矿化度呈升高趋势，较为明显的地段位于埕口、柳堡、西小王、佘家巷、下洼、黄升一线附近，其他地段除个别点外Cl－和矿化度的变化并不明显。如1980年，北部埕口B1号点矿化度为2.06g/L、柳堡B3号点矿化度为2.081g/L、西小王B10号点矿化度为2.30g/L，基本为淡水;至2005年，上述三井的矿化度分别达到了2.89g/L、2.38g/L、2.93g/L，矿化度及Cl－含量均呈明显上升趋势。中南部地段:佘家巷B13号井1980年矿化度为1.759g/L，下洼B24号井为1.902g/L;而2005年，上述两井矿化度分别达到了2.16g/L和3.43g/L，亦呈明显上升趋势，Cl－含量则成倍增加(表7-6)。
表7-6 水化学动态变化特征一览表 单位:mg/L
在利用水化学资料判定咸水入侵锋面的同时，还分别在无棣北部柳堡和沾化的南部泊头附近进行了地面直流电测深工作。从柳堡测深断面图分析，视电阻率ρ一般在6.2～13Ω·m之间变化，地表较干燥处ρ较高些，受咸水入侵影响，使ρ值较低，一般为1.0～1.4Ω·m之间，AB/2=800m时，ρ值为6Ω·m左右。在单曲线剖面图上，连接各测深点曲线视电阻ρ值最小处拐点即为咸水入侵上、下界面，在该剖面测得的各点的ρ单曲线类型均为QH型。按ρ值为1.5Ω·m圈定，圈出一个舌形异常，张口方向朝向岸线，舌头在DS9—DS10号点之间，分析认为咸水沿横向入侵大约到DS9—DS10号点，咸、淡水分界面在北部位于柳堡西约1km。
从泊头测深断面图分析，地表视电阻率ρ在4.8～43Ω·m之间变化，受海水入侵影响，ρ值较低，一般在1.0～1.5Ω·m之间，ρ值随AB/2极距增大而逐渐减小，当AB/2=800m时，ρ值为6Ω·m左右。按ρ值为1.5Ω·m圈定，圈出低阻异常，在DS8—DS20号点，出现一个舌形低阻异常，舌头在DS8—DS9号之间，由于受咸水入侵影响，使该段视电阻ρ值较小，一般在1.2Ω·m左右，分析认为咸水沿横向入侵大约到DS8—DS9号点。在单曲线剖面图上，连接各测点单曲线视电阻率ρ值最小处拐点即为咸水入侵上、下界面，通过视电阻率测深解译，在南部位于宁家北约2km处。
因此，在对水位、水质等资料分析研究的基础上，结合地面物探资料，确定滨州境内咸水入侵峰面位于柳堡—西小王西—佘家巷—下洼—黄升—马坊水库一线。入侵的总体方向为从东北向西南。25年来入侵面积约304km2，入侵速度在南部和北部段约120m/a，中部下洼和冯家地段约为200m/a。
该区咸水各个界面的划分，是综合分析了1980～2005年近60点次水质分析资料，从纵向上按咸水、淡水变化(过渡)区、淡水区来划分的。但是咸水入侵界面大多平缓，界面附近氯离子含量和矿化度变化缓慢是典型的渐变关系。再加上该区同时存在咸水入侵和古代数次海侵形成内陆封闭咸水体的入侵，因此对本次界面的划分又是相对的。
无棣、沾化的东北部集中分布有Cl-Na型水，也有少量的Cl-SO4型水，矿化度均在2g/L以上，一般矿化度在3～10g/L，局部可达20g/L。25年来水质变化不大，水化学动态较为稳定，是历史上的咸水分布区。
2.缓慢入侵区
根据动态资料，滨城区一带部分深层开采井的地下水矿化度呈现升高趋势，但是升幅缓慢。主要分布在地下水降落漏斗区。
引起深层淡水咸化的原因是由于人工超采深层淡水而形成一定规模降落漏斗后，在水头压力作用下，粘性土释水，或者中深层咸水越流入侵深层淡水，造成咸水入侵。该地段水化学动态呈缓慢变化，矿化度在逐年升高，如滨城区附近，1980年深层淡水矿化度为0.936g/L，截至2005年，上升为1.07g/L;滨城区里则镇附近1980年矿化度为1.342g/L，2005年上升到2.12g/L，原深层承压淡水逐步变化为微咸水。
3.点状扩散区
在海侵作用下，推测深层淡水中存在地质历史中封存的咸水体，由于研究精度的限制，虽然咸水体的范围尚未查明，但是，由于漏斗的影响，咸水体的扩散同样可以造成部分地段水质恶化。
首先，由于成井不良，造成深层淡水与上部咸水串层污染;其次，咸、淡含水段混合取水，也引起部分机井的矿化度、氯离子升高。如滨北镇张集乡B36号井，上部取水段为咸水，下部取水段为淡水，由于成井原因，使咸、淡水混合，1980年矿化度即为2.174g/L，2005年该井矿化度为2.23g/L，该地段矿化度上升并不明显;再如堡集附近B35号井，目前矿化度为3.01g/L，实属成井不良造成串层污染，属于点状咸化区。因此，未把该地段划入1980年及2005年咸水区。
4.相对稳定区
在邹平县的青阳、长山、博兴县南部、广饶县南部山前冲洪积平原自上而下全部为淡水区，地下水水质较为稳定，矿化度多在0.5～1.5g/L之间波动，水化学类型及主要离子含量变化很小，属动态变化稳定区。
三、咸水入侵的影响因素
1.人工开采地下水
造成咸水入侵的主要原因是人为过量开采地下水。当淡水的开采量超过其补给量时，截断了原先向海洋排泄的淡水流，降低了淡水一侧的地下水位，导致咸水楔体向淡水一侧推进，直至达到新的平衡。因而，咸水入侵与抽水量大小、抽水井的分布及地下水开采利用方式有密切关系。用水量逐渐加大、地下水补给量偏小将造成地下水位大幅度下降，深层淡水分布区地下水位水力坡度加大，漏斗区水位越低，咸水入侵则越迅速发展。
1980年以来，随着滨州市工农业生产的发展，水资源供求矛盾加剧，对地下水的开采量不断增加，特别是深层地下水长期处于超采状态，使得深层地下水位大幅度下降，形成了以滨城、博兴为中心的深层地下水降落漏斗，漏斗中心的最大水位埋深超过130m，向北已波及沾化、下洼及西小王附近，造成北部咸水入侵。
根据1980年深层地下水流网图(图7-19)看出，在张集、阳信以北地区，深层地下水总体运移方向由南向北，水力坡度较小，张集至沾化之间水力坡度仅为0.002%，地下水运动滞缓。后随着深层水开采量增加，区域地下水水位下降(图7-20)，滨州市境内形成大范围降落漏斗。
图7-19 1980年深层地下水流网图
图7-20 滨城前张村地下水动态历时曲线
由于深层地下水长期处于负均衡状态，随着开采延续，滨州市境内漏斗中心地下水位大幅度下降，在张集、阳信以北地区，地下水水力坡度增大，深层地下水总体由北向南运移速度增大，造成咸水入侵。根据1999年资料，无棣至阳信地下水水力坡度为－0.04%。根据2005年深层地下水流网图(图7-21)，从1980年张集至沾化之间水力坡度仅为+0.002%，至2005年水力坡度变为－0.03%，不仅地下水运动方向改变，而且水力坡度数值也呈几十倍增大。可见，本区及邻区的人工开采是咸水入侵的主要原因。
图7-21 2005年深层地下水流网图
由于地下水流场改变，咸水入侵主要表现在深层地下水矿化度、氯离子含量升高，如无棣大山一带氯离子含量由1990年的1132mg/L上升到2005年的2477mg/L(图7-22)。由于咸水入侵地下水矿化度升高，如下洼机井1980年矿化度为1902mg/L，至2005年增大至3405.3mg/L，已经不适合饮用，机井报废(图7-23)。
图7-22 无棣大山Cl－离子变化曲线
图7-23 深层地下水矿化度变化对比图
2.古咸水入侵
前已述及，新近纪后期和第四纪时曾有几次海侵，最大的一次几乎遍及全区，北到无棣、沾化，中部到惠民、滨城、阳信等地，东南到博兴一带。进入岩层中的海水，由于地壳的不断沉降及上覆沉积物的不断堆积而封存起来，形成了中深层咸水。中深层咸水与深层淡水之间有稳定的粘性土相隔，天然条件下不发生水力联系。当深层淡水的压力水头大幅下降后，由于成井不良、混合取水、粘性土释水或越流补给深层淡水，深层淡水的矿化度在远离咸水入侵峰面的地区亦普遍缓慢升高，特别是在深层淡水开采漏斗区表现得较为明显。
3.环境水文地质条件
无棣、沾化系滨海平原的一部分，地层主要是第四系和新近系松散沉积物，含水层多为粉土和粉细砂，厚度较大，且水平方向上淡水、微咸水和咸水呈过渡状态、其间无良好隔水岩层分布，致使咸、淡水之间具连通性。而在深层淡水分布区分布咸水体，当滨城、惠民一带地下水降落漏斗中心水位持续下降，地下水的水力坡度加大，咸、淡水之间原有的压力平衡被破坏，咸水便由此含水层迅速向淡水区入侵。
四、咸水入侵方式
咸水入侵具有隐蔽性和持续性的特点，在自然状态下，含水层由陆地向海洋延伸，水流由陆地流向海洋，咸、淡水之间保持着一种天然的平衡状态。由于人为因素的影响，这种原有平衡遭到破坏而形成新的平衡时，产生咸水入侵。
根据该区深层地下水的水文地质条件分析，咸水入侵主要有以下几种形式:
1.顺层入侵
该区山前冲洪积成因的堆积物与滨海相沉积之间无隔水层，第四系和新近系连续沉积，含水层水平方向上连续性较好，同一含水层中的咸、淡水体呈过渡状态。当淡水体的水动力条件发生变化时，北部咸水可顺含水层向内陆渗透，深层地下水的这种入侵方式发生在北部咸、淡水接触面附近，入侵峰面逐步向内陆推进。
2.越流入侵
这种入侵方式主要是指中层咸水通过弱透水层入侵到深层淡水含水层中。从区域水文地质条件可知:在黄河三角洲首部的大部地区，地下水在垂向上具三层结构类型，即淡-咸-淡，一般情况下，咸、淡水含水层之间由弱透水的粘性土相隔不发生水力联系。但是，在博兴、滨城区北部一带，由于深层地下水降落漏斗的形成和发展，深层承压淡水的承压水头大幅降落后，人为拉大了淡水和中层咸水之间的水头差，增加了水动力条件，咸水便越过弱透水层进入淡水含水层，浅层和深层地下淡水均受到中层咸水的入侵。这种入侵方式全区普遍存在，但发展的较为缓慢，主要表现在淡水的矿化度呈缓慢升高趋势。另外，局部地段存在咸水透镜体扩散，对深层淡水产生影响，造成水质恶化。
3.串层入侵
局部地段供水井施工过程中，止水不严，造成咸水体与淡水混合，使淡水矿化度升高，形成咸水串层入侵。
五、咸水入侵发展趋势
由于自然与人为因素的综合影响，导致深层承压水咸水入侵，并引发了其他地质环境问题。当目前人工开采地下水在短期内无法加以有效调控时，咸水入侵将加剧，并对当地经济的可持续发展产生消极影响。
前已述及:1980～2005年平均入侵速率为120～200m/a，入侵面积已达304km2。若继续保持该区目前深层承压淡水的开采强度和开采布局，其降落漏斗将继续扩大，咸水入侵将会继续蔓延，预测到2020年，咸水峰面向内陆继续推进1800～3000m，将位于大山镇东侧—朱龙河水库—新立村—西官庄—坡度水库—单寺水库一带，入侵面积将达到480km2。