黄河中下游典型灌区地下水位时空演变特征与驱动机制

发布时间：2017-05-09 12:04

  本文关键词：黄河中下游典型灌区地下水位时空演变特征与驱动机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地下水是水资源重要的组成部分,在保障我国城乡居民生活用水、保持社会经济发展以及生态平衡等方面发挥着重要作用。随着人类活动对自然干预程度的日益显著,地下水循环系统越来越复杂,地下水位的动态变化具有了新的特点,如何认识变化条件下地下水循环规律是水文地质学研究的热点和难点问题之一。人民胜利渠灌区位于黄河下游上段,引水条件较好。灌区已经有60多年的发展历史,从最初的农业自流灌溉,逐渐发展成城乡工业、生活用水等多功能用水区域。随着社会经济发展,各地区及部门用水量增加,黄河水资源供需矛盾日益尖锐。人民胜利渠灌区引黄水量受到限制,井水灌溉成为重要的灌溉水源,由此造成灌区地下水系统发生变化。通过对地下水位时空演变特征及驱动机制研究,有利于揭示区域地下水位变化差异,为合理利用地下水资源,保护灌区生态环境,实现灌区水资源可持续利用提供参考依据。论文主要研究内容和结果概述如下:(1)基于人民胜利渠灌区1993~2013年地下水位实测资料,分析了灌区地下水位时空变化规律。结果表明:研究区内地下水位总体表现出年际下降趋势,只是在灌区不同位置地下水位年际下降幅度有所差异;灌区地下水位呈西高东低的分布特征,水位上升区面积呈减小趋势,水位下降区面积呈增加趋势,并且水位累积下降幅度不断增大。(2)基于累积距平、Mann-Kendall趋势分析等方法分析了地下水位影响因素的变化趋势,利用相关分析法量化了地下水位与各影响因素之间的作用关系,运用主成分分析法与灰色关联度法确定了影响地下水位演变的主导因素。结果表明:地下水位随降水量的减少而下降,随渠灌水量的减少而下降,随井灌水量和生活及工业用水量的增加而下降;人类活动(井灌开采量、生活及工业用水量)在地下水动态变化过程中起主导作用,即地下水开采量为灌区地下水位变化的主导驱动因素。(3)利用Visual Modflow4.2软件建立了灌区地下水三维非稳定流模型。以RCP4.5情景下Nor ESM1-M模式的模拟结果作为气候变化输入项,以趋势法预测的2014~2030年地下水开采量作为人类活动变化输入项,在此基础上假定开采量不变、开采量增加20%、开采量减少20%三种情景,预测了人民胜利渠灌区2020年和2030年地下水流场的变化情况,制定合理的调控方案。结果表明:趋势法预测的地下水开采量至2020和2030年时明显增加,灌区整体地下水位有下降趋势,局部地下水严重超采,漏斗区范围有向北部延伸的趋势,并且出现了新的漏斗中心;当开采量增加20%时,灌区整体地下水位下降,漏斗区面积明显扩大,区内地下水位降落幅度增大,等水位线密集;当开采量减少20%时,灌区整体地下水位回升,漏斗区面积明显减小,区内地下水位降落幅度减小,等水位线稀疏;灌区可划分为适度开采区、限制开采区和水位恢复区,适度开采区可增加开采量20448m~3/d,井灌面积可增加5.1万亩,限制开采区开采量应控制在161936m~3/d以内,井灌面积应控制在40.1万亩以内,水位恢复区内禁止增建新井,严控旧井开采量,使地下水位逐步回升。
【关键词】：人民胜利渠灌区 地下水位埋深 驱动机制 地下水流模型
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.1.1 选题背景12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 国内外研究进展13-17
• 1.2.1 地下水动态研究方法13-16
• 1.2.2 气候变化对地下水的影响16
• 1.2.3 人类活动对地下水的影响16-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 1.4 技术路线18-20
• 2 研究区概况20-26
• 2.1 自然地理20-23
• 2.1.1 地理位置20-21
• 2.1.2 地形地貌21
• 2.1.3 气象水文21
• 2.1.4 地质条件21-22
• 2.1.5 水文地质条件22-23
• 2.2 社会经济23
• 2.3 水资源状况23
• 2.4 水利设施状况23-26
• 2.4.1 灌溉渠道23-24
• 2.4.2 排涝河道24-26
• 3 地下水位时空演变特征26-40
• 3.1 研究方法26-27
• 3.1.1 地下水位观测点分布26
• 3.1.2 时间分析方法26
• 3.1.3 空间分析方法26-27
• 3.2 地下水位演变特征27-31
• 3.2.1 地下水位年际动态变化27-28
• 3.2.2 地下水位年内动态变化28-31
• 3.3 地下水流场演变特征31-34
• 3.4 地下水位变幅演变特征34-37
• 3.5 本章小结37-40
• 4 地下水位演变驱动机制40-64
• 4.1 研究方法40-43
• 4.1.1 累积距平与距平百分率40
• 4.1.2 Mann-Kendall趋势分析法40-41
• 4.1.3 主成分分析法41-42
• 4.1.4 灰色关联度法42-43
• 4.2 气候变化对地下水位的影响43-49
• 4.2.1 降水量变化对地下水位的影响43-45
• 4.2.2 蒸发量变化对地下水位的影响45-47
• 4.2.3 温度变化对地下水位的影响47-49
• 4.3 人类活动对地下水位的影响49-58
• 4.3.1 渠系灌溉水量变化对地下水位的影响49-51
• 4.3.2 开采量变化对地下水位的影响51-57
• 4.3.3 种植规模变化对地下水位的影响57-58
• 4.4 地下水位演变主导因素分析58-62
• 4.5 本章小结62-64
• 5 地下水流数值模拟64-86
• 5.1 研究方法64
• 5.2 水文地质概念模型64-66
• 5.2.1 边界条件概化64-65
• 5.2.2 含水层结构概化65-66
• 5.2.3 水力特征概化66
• 5.3 模型的建立及求解66-70
• 5.3.1 数值模拟模型的建立66-67
• 5.3.2 数值模拟模型的求解67-70
• 5.4 模型的识别和验证70-79
• 5.4.1 模型识别70-75
• 5.4.2 模型验证75-79
• 5.5 地下水动态预测79-83
• 5.5.1 未来情景构建79-81
• 5.5.2 预测结果分析81-83
• 5.6 地下水调控方案与措施83-85
• 5.6.1 地下水调控方案83-84
• 5.6.2 地下水管理措施84-85
• 5.7 本章小结85-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 结论86-87
• 6.2 展望87-88
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-93

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