变化环境下天津市地下水响应研究

发布时间：2017-09-14 05:45

  本文关键词：变化环境下天津市地下水响应研究

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【摘要】：环境变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题,研究全球环境变化对地下水资源的影响和应对策略是保障供水安全、粮食安全和生态安全,实现资源可持续发展的重要举措。气候的变化对地下水资源系统的影响十分复杂,既包含由于气候变化导致气候驱动因子如降水、温度、蒸发变化对地下水资源系统形成的直接影响,也包含由于人类活动变化,如人口增加、及土地使用变化、污染物排放等对地下水资源的间接影响。尤其是在干旱与半干旱区域,地下水资源对环境变化的响应更为显著,有些地区出现了地下水水质愈加恶化、地下水开采过度,土地荒漠化、地裂缝、地下水位不断下降和地面沉降等一系列环境问题。本文根据天津市地下水系统的循环状况,解析自然因子和人为因子对地下水的影响过程和作用机制。本文中自然因子以气候因子为主,人为因子以地下水资源开发利用活动为主。采用线性倾向分析法、滑动平均分析法、R/S法、Mann-Kendall、小波分析法并利用Matlab软件编程计算分析地下水埋深的趋势性、持续性、突变性、周期性等时空变化规律以及气候变化与人类活动对地下水动态变化的影响过程,利用灰色关联度分析法定量分析天津市地下水动态变化的主要影响因素。除降雨量、气温等自然因子外,地下水开采量成为地下水动态变化的主要影响因子。地下水埋深动态与地下水开采量动态之间有良好的相关性。最后建立适用于天津市地下水动态变化响应模拟的CAR模型来进行情景模拟及预报。主要得到以下结论:(1)天津市各区县地下水埋深平均值和标准差相差较大,变差系数较小,即地下水埋深年际变异较为平缓。地下水动态变化的趋势性特征是大部分地区呈现下降趋势,但是塘沽继续呈现上升趋势,平均变化速率为3.56m/10a,可以看出天津市地下水整体处于下降趋势,平均趋势系数达0.7578。持续性:塘沽区地下水位上升及其他区县下降的变化趋势将一直持续下去。突变性:各县区地下水埋深突变主要发生在20世纪90年代和21世纪初,主要原因是随着国民经济的发展和人口增多,使得浅层地下水抽取量增多,导致地下水埋深突变。周期性:大部分地区均以20~25年为中心的第一主周期变化,以10~15年为中心的第二主周期。(2)浅层地下水埋深与降水量存在较密切的响应关系,降水增加,地下水埋深减小;地下水埋深与气温存在一定程度的响应关系,气温增加,地下水埋深增加;地下水埋深与蒸发量存在一定程度的响应关系,蒸发量增加,地下水埋深增加;地下水埋深与开采量存在较密切的响应关系,开采量增加,埋深增加,反之则减小。(3)根据灰色关联度分析得出:天津市各区县地下水的埋深与年均气温和的蒸发量之间关联程度较差,然而降雨量和地下水开采量与地下水埋深均有密切的关系。(4)地下水埋深对环境变化响应的CAR模型模拟结果表明:以武清区为例:在多年平均降水量情景Ⅰ模式下,对于人类活动方案Ⅰ_1,地下水埋深在多年平均值的基础上下降了0.99m;对于方案Ⅰ_2~Ⅰ_5,地下水埋深分别上升0.13m,0.3m,1.37m,2.71m。在降水量减少5%的情景Ⅱ_模式下,方案Ⅱ_1~Ⅱ_5对应的地下水埋深变化趋势与情景Ⅰ_中各方案相似。其中,方案Ⅱ_1的地下水埋深比多年平均值下降1.1m,其下降幅度高于方案Ⅰ_1。对于方案Ⅱ_2,地下水开采量减少3%时,受降水量减少的影响,地下水埋深仍保持下降趋势,下降了0.38m。对于方案Ⅱ_4~Ⅱ_5,地下水埋深分别上升了1.12m,2.58m,其上升幅度低于方案Ⅰ_4~Ⅰ_5。比较各情景方案可知,地下水位模拟值基本接近多年平均地下水位。方案Ⅰ_2和Ⅱ_3的地下水埋深变幅最小,分别为0.13m和0.08m。
【关键词】：环境变化 天津市 地下水 响应 CAR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
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 地下水对气候变化的响应研究11-14
• 1.2.2 地下水对人类活动的响应研究14-15
• 1.3 存在的问题与研究趋势15-16
• 1.4 研究内容、方法和技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16
• 1.4.2 研究方法16
• 1.4.3 技术路线16-18
• 2 研究区概况18-28
• 2.1 地理位置和行政区划18-19
• 2.2 地形地貌及水文气象19-21
• 2.2.1 地形地貌19-20
• 2.2.2 水文气象20-21
• 2.3 水文地质21-22
• 2.4 地下水系统划分22-25
• 2.5 社会经济概况25-26
• 2.6 地下水开发利用问题26-28
• 2.6.1 地下水开发利用环境问题26
• 2.6.2 地下水开发利用过程存在的问题26-28
• 3 研究区地下水动态变化特征分析28-44
• 3.1 分析方法28-33
• 3.1.1 趋势性分析方法28
• 3.1.2 持续性分析方法28-29
• 3.1.3 突变性分析方法29-30
• 3.1.4 周期性分析方法30-33
• 3.2 地下水动态变化特征33-44
• 3.2.1 统计特征33-34
• 3.2.2 趋势性34-37
• 3.2.3 持续性37-38
• 3.2.4 突变性38-40
• 3.2.5 周期性40-44
• 4 研究区地下水对环境变化的响应44-62
• 4.1 地下水埋深对环境变化的响应分析44-51
• 4.1.1 地下水埋深趋势性对气候变化的响应44-47
• 4.1.2 地下水埋深突变性对气候变化的响应47-50
• 4.1.3 地下水埋深对开采量的响应分析研究50-51
• 4.2 研究区地下水动态变化的主要影响因素关联分析51-62
• 4.2.1 研究方法与基本原理51-53
• 4.2.2 主要影响因素关联分析53-62
• 5 变化环境下天津市地下水动态预测62-74
• 5.1 地下水动态预测CAR模型62-65
• 5.1.1 CAR模型建模方法62-63
• 5.1.2 模型因子的选择63-64
• 5.1.3 模型建立与验证64-65
• 5.2 不同变化情景下的地下水动态预测65-74
• 6 结论与建议74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 建议75-76
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-83

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