吉林地区地下水时空演化及多元控制管理研究

发布时间：2017-12-10 19:13

  本文关键词：吉林地区地下水时空演化及多元控制管理研究

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【摘要】：吉林地区已划定地下水饮用水源地,地下水资源作为城市供水的重要补充水源,其质量和贫富程度与居民的生活和生产息息相关。近年来,在自然环境和人类活动的双重影响下,地下水的空间分布特征和演化进程受到了一定程度的影响,引发了水位下降、水体污染、水量匮乏等水环境问题。为科学认识地下水的演化规律,采取有效的水资源管理措施,实现地下水资源的可持续利用,有必要进行地下水的时空演化及控制管理研究。本文在系统分析地下水长期实测数据基础上,探讨了吉林地区地下水的动态特征、空间分布及演变规律,对影响地下水时空演化的影响因素及影响程度进行了讨论,在地下水综合安全预警的基础上提出了基于地下水水位、水量和水域纳污能力的多元控制管理策略,对地下水资源的合理利用和综合管理具有重要的理论与现实意义。研究主要取得如下成果:(1)地下水水位及水资源量演化特征研究基于区域地下水监测现状和水位统计分析结果,绘制水位动态过程线和埋深分区图,研究地下水水位在时间上的变化过程和空间上的分布特征。结果表明,潜水水位在不同地区表现出波动式变化规律,整体为下降趋势,降幅多在3m以内,水位下降区多集中在鳌龙河流域桦皮厂镇至孤店子镇、第二松花江流域金珠乡和卡岔河流域法特镇等地;承压水水位变动幅度明显大于潜水,在鳌龙河流域桦皮厂镇和卡岔河流域法特镇已出现地下水降落漏斗,漏斗中心区埋深30m以上。通过对吉林地区地下水资源量的计算和分析结果表明:吉林市区和蛟河市地下水资源量模数高于区域平均值,舒兰市和磐石市资源量模数较低,各行政区地下水资源量多为随时间推移先下降后上升趋势。人工开采已成为吉林地区地下水主要的排泄方式,目前,吉林市区地下水多处于采补平衡状态,桦甸市部分年份也表现为采补平衡状态,其他县市地下水资源具有一定的开采潜力。(2)地下水水质时空演化规律研究根据地下水水化学统计特征分析结果,研究区地下水除2002年和2014年出现小面积的微咸水外,其他年份均以淡水为主。总硬度空间分布稳定,但呈现逐渐升高趋势。HCO3-是地下水中含量较稳定的主要阴离子,Cl-和SO42-是造成阴离子水化学类型演变的主要变量;Ca2+的浓度均值普遍高于其他阳离子,在多数流域中作为主要阳离子;Durov图解也揭示了区内水化学类型主要以HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca、HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca·Na型为主。三氮为区域地下水主要污染物,在不同流域都有不同程度的超标:NH4+在1990年超标严重,随后呈逐年下降趋势,现状超标情况已得到缓解;NO2-和NO3-的超标问题却呈加剧趋势,现状地下水中有41%的潜水存在NO3-浓度超标,承压水相对较少,超标比例为17%;NO2-在潜水和承压水中超标比例均在52%以上;三氮超标严重地区多为鳌龙河流域和第二松花江流域的农业灌溉集中区。此外,总铁在鳌龙河、辉发河和蛟河流域超标,F-仅存在个别超标,耗氧量在第二松花江和蛟河流域有少量超标。基于粗糙集和支持向量机理论对地下水水质进行评价,评价结果显示,第二松花江和鳌龙河流域的潜水在各年均有IV类超标情况,承压水水质具有明显的转好趋势;细鳞河流域潜水水质有转好趋势,而承压水水质则由III类水变为IV类较差水;辉发河流域、蛟河流域和饮马河流域潜水的水质出现下降趋势,到2014年,流域内大多地区呈现IV类较差水,水质正在逐渐恶化。(3)地下水时空演化影响因素分析采用小波分析对影响地下水演化过程的自然因素如气温、降水量、蒸发量、河川径流量进行周期性分析,并通过灰色关联分析法研究各种因素与水位和水质的关联程度,探索影响地下水时空演化的主要外界因素。自然因素中,降水量和蒸发量对地下水的水位和水质均有很大程度的影响,分别在不同流域作为主要影响因素,其中降水量对水位的影响较大,蒸发量对三氮浓度的影响较为明显。人为因素中,灌溉水渗漏量对西北部农耕面积大的第二松花江、鳌龙河、卡岔河流域影响较显著,不仅抬升了灌溉期水位,带入的含氮污染物对水质也产生一定的影响;人工开采对水位有较为直接的影响,开采期地下水水位出现大幅下降。(4)地下水安全预警及多元控制管理研究以地下水监测数据为基础,结合前述研究结果,确定吉林市区地下水水位、水质和水量警戒线,对地下水环境现状和未来的警戒情况做出综合判断,采用水量均衡法和线性规划法,分别以水位和水域纳污能力为约束条件讨论适合吉林市区的用水量,提出地下水多元控制管理方案。预警结果表明,吉林市区警情范围有扩大趋势,五年后全区重警范围扩大15%,轻警区也有扩张趋势,尤其是鳌龙河流域,流域内现状警情的面积超过85%。在水位一般控制程度时,土城子乡南至孤店子镇、rd牛河一带为二级用水量调节区,需要根据控制方案减少地下水开采量,将用水量控制在规定范围内;而鳌龙河流域皮厂镇至大绥河镇、搜登站镇、第二松花江流域九站乡、乌拉街镇北、江北乡一带出现超采,为用水量一级调节区,亟需制定有效的控制措施,避免持续超采造成环境地质问题。当采用水位严格程度来控制时,大绥河镇东部和金珠乡由三级调节变为二级用水量调节,白山乡由二级调节变为一级用水量调节区。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.8
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本文编号：1275571