石家庄平原区地下水流场演变特征与尺度效应

发布时间：2017-05-01 18:05

  本文关键词：石家庄平原区地下水流场演变特征与尺度效应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石家庄平原区是我国小麦主产高产区,也是华北平原浅层地下水超采最为严重地区,气候变化和人类活动对地下水流场变化都有明显影响。自1972年发生区域性特大干旱以来,该区地下水开采量不断增大,累计超采量已超过180亿m3,地下水位埋深已由20世纪60、70年代的10-15m,下降至目前的25-50m,地下水流场已由自然状态演变为“自然-社会”二元影响状态,纵向径流不断减缓,垂向水分通量交换不断增强,对当地供水安全产生明显影响。因此,开展本研究具有重要现实意义。 本文采用水循环理论和小波变换、地下水系统水量平衡及相关分析等研究方法,基于石家庄平原区近50年来气象、水文、农业灌溉和地下水动态相关资料,以及应用MPI-ESM-MR大气环流模式预测2011-2060年期间降水量和气温等数据,开展了石家庄平原区地下水流场演变特征及其时间尺度效应研究,揭示了该区地下水流场演变与气候变化和人类活动之间关系与机制,预测了不同气候情景下未来50年地下水位变化趋势。 主要进展和创新研究成果： (1)发现：近50年以来随着人类活动影响强度变化,石家庄平原区地下水流场演变呈现4个阶段性特征。①在超采初期,地下水位下降速率0.38m/a。②在地下水漏斗形成阶段,地下水位加速下降,达0.69m/a。③在地下水严重超采阶段,地下水位下降进一步加剧,平均下降速率1.03m/a。④在地下水压采严管阶段,因采取压减开采量和严格管理措施,地下水位下降速率明显减缓,由前期的1.03m/a减小为0.74m/a。 (2)研究表明,石家庄平原区地下水流场演变存在尺度效应。采用1年时间尺度研究,地下水流场演变阶段性较难厘清；采用4-5年、12年或更长时间尺度研究,存在地下水流场演变阶段性特征不同程度的概化情况。采用2-3年时间尺度研究,能够清晰的展现近50年以来石家庄平原区地下水流场演变过程中各个阶段特征。 (3)通过石家庄平原区地下水流场演变主导因素识别研究,查明在1980年(漏斗形成阶段)之前,开采等人类活动影响强度小于43.45%；在严重超采阶段,开采等人类活动影响强度达55.1%；在压采严管阶段,开采等人类活动影响强度53.47%。降水量枯丰变化对地下水流场有明显影响,1972年以来石家庄地区降水偏枯频发,以至超采初期降水量变化影响强度19.19%、漏斗形成阶段20.62%、严重超采阶段21.19%和压采严管阶段24.30%。 (4)应用统计降尺度模型、水量平衡原理等研究方法,对石家庄平原农业区未来50年现状气候条件及大气环流模式MPI-ESM-MR下RCP4.5气候情景地下水流场的演变趋势进行了预测。结果表明：现状气候条件300mm、240mm和210mm三种灌溉强度条件下,未来50年地下水位年均下降幅度分别为1.74m、0.79m和0.41m。RCP4.5气候情景较现状气候条件地下水位的下降幅度有不同程度的缩小,三种灌溉定额条件下分别为1.58m、0.67m和0.33m。
【关键词】：地下水流场 演变 气候变化 人类活动 影响机制
【学位授予单位】：中国地质科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P641.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究的目的、意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.3 研究内容与技术路线18-21
• 1.4 数据来源21-22
• 1.5 关键科学问题与创新点22
• 1.6 修改说明22-24
• 第二章 自然地理与区域水文地质条件24-39
• 2.1 交通与位置24-25
• 2.2 自然地理概况25-28
• 2.3 地质及水文地质概况28-35
• 2.4 水资源开发利用现状35-37
• 2.5 社会经济概况37
• 2.6 小结37-39
• 第三章 地下水系统源汇项演变特征39-51
• 3.1 地下水系统补给项演变特征39-47
• 3.2 地下水系统排泄项演变特征47-50
• 3.3 小结50-51
• 第四章 地下水流场演变特征识别51-75
• 4.1 地下水流场演变尺度效应与识别方法51-63
• 4.2 地下水流场演变阶段特征与标识63-69
• 4.3 超采区地下水流场异变阶段特征与标识69-73
• 4.4 小结73-75
• 第五章 地下水流场演变主导影响因素识别75-93
• 5.1 地下水流场演变主导影响因素分析75-78
• 5.2 地下水流场演变主导因素影响程度量化识别78-90
• 5.3 降水变化和人类活动耦合影响地下水流场特征90-91
• 5.4 小结91-93
• 第六章 地下水流场演变机制93-123
• 6.1 气温变化特征及其对地下水流场演变影响93-96
• 6.2 降水变化特征及其对地下水流场演变影响96-107
• 6.3 河道干涸及过水量变化对地下水位影响107-112
• 6.4 人类活动对地下水流场异变影响112-119
• 6.5 农业活动对地下水流场影响分析119-121
• 6.6 小结121-123
• 第七章 未来不同气候情景对地下水流场演变影响123-140
• 7.1 未来不同气候情景的建立123-124
• 7.2 未来气候变化对作物需水量影响124-130
• 7.3 气候变化对地下水补给影响分析130-137
• 7.4 气候变化对地下水位变化影响137-139
• 小结139-140
• 结论140-143
• 致谢143-144
• 参考文献144-153
• 个人简历、攻读学位期间的研究成果及公开发表学术论文153

【参考文献】

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本文编号：339370