变化环境下基于脆弱性评价的中国地下水资源优化管理及保护措施

摘要

地下水是人类赖以生存的水资源的重要组成部分之一，是一种宝贵的自然资源，是保证经济发展和社会进步的重要因素。作为国家发展必不可少的自然资源之一，保护好地下水资源对于一个国家综合发展起着关键性的作用。近年来，在全球气候变化的大背景下，我国城市化、工业化进程加快，人类活动对地下水环境的影响不断加强。在自然因素和人类活动的双重影响下，部分地区出现了地下水蒸发浓缩作用加强、地下水水质恶化、地下水污染地表水、地下水超采严重、地下水位持续下降、土地荒漠化、地面沉降和地裂缝等地下水环境问题，已成为经济社会可持续发展的重要制约因素之一。地下水脆弱性的研究成果可以为土地利用规划、地下水水资源保护规划、地下水水质监测等提供参考，也可以提高公众关于地下水污染的风险意识，树立以防为主的思想。本文以变化环境下地下水脆弱性评价结果为基础，对中国地下水资源未来的保护以及管理进行了以下研究:(1)预测了气候变化情景下中国地下水净补给量以及地下水位埋深，然后利用DRASTIC模型分别对中国地下水脆弱性现状以及气候变化情景下的地下水脆弱性进行了预测;(2)以保护地下水资源为前提，把气候变化情景下的中国地下水脆弱性作为约束指标，对中国的城市扩张进行了预测;(3)结合气候变化情景下的地下水脆弱性评价结果以及城市扩张用地预测结果，对变化环境下（气候变化以及城市扩张）的中国地下水脆弱性进行了预测;(4)通过现代投资组合理论，以变化环境下的中国地下水脆弱性为指标因子，对中国地下水资源的投资管理进行了优化研究。研究结果表明:(1)气候变化对地下水的净补给量以及地下水位埋深有极强的影响，未来，中国大部分地区地下水净补给量将增加1cm到2cm，地下水位埋深都上升1m到3m，且处于逐年增加的状态，中国地下水脆弱性等级将以沿海地区为中心不断向四周扩散，地下水脆弱性等级逐渐增高，高脆弱性区、较高脆弱性区和中等脆弱性区的面积将急剧扩大，而较低脆弱性区和低脆弱性区的面积将大幅萎缩，到2050年为止，中国地下水脆弱性等级的高脆弱性区、较高脆弱性区、中等脆弱性区、较低脆弱性区和低脆弱性区的面积的变化量将分别为5.32％、4.47％、-1.2％、-3.03％和-5.31％，总的变化量高达20％;(2)中国未来将面临严重城市扩张问题且城市化速度非常快。2010年我国城市面积占总面积的1.18％，到了2030年城市面积占总面积的2.95％，到2050年城市面积达到了3.17％，这意味着到2050年305400平方千米的土地被城市所取代;而且虽然历史趋势发展下的城市扩张以及地下水脆弱性约束下的城市扩张结果均显示到2030和2050年城市扩张的面积相同，但是二者的分布情况却存在很大的差异;(3)风险-投资管理分析显示，在地下水管理的过程中存在着高度的不确定性，在风险最低的情况下，三个管理阶段的投资比例应分别为0、37％和63％，然而在收益最高的情况下，所有的钱都应该投资到第一管理阶段（2020-2030年），不确定性的风险会随着收益的增高而增高，效益从0.6118增长到0.6230时，风险会从0.0118增长到0.0297。变化环境下的地下水环境的保护、规划以及投资管理是一项机遇与挑战并存的研究课题，具有复杂性、长期性和不确定性，在以后的研究中我们一定要将地下水资源的保护和管理作为研究的重点。

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声明

摘要

插图索引

附表索引

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 地下水脆弱性

1．2．2 土地利用变化

1．2．3 风险-投资管理

1．3 研究内容、技术路线以及创新点

1．3．1 研究内容

1．3．1 技术路线

1．3．3 创新点

1．4 数据来源

第二章 气候变化驱动下中国地下水的脆弱性

2．1 地下水脆弱性评价模型

2．1．1 模型介绍

2．1．2 地下水脆弱性评价指标

2．1．3 评价指标评分标准以及权重确定

2．2 典型气候变化情景

2．3 气候变化下脆弱性评价指标

2．3．1 气候变化下的地下水净补给量

2．3．2 气候变化下的地下水位埋深

2．3．3 评价模型中的其他指标

2．4 典型气候情景下的中国地下水脆弱性

2．4．1 中国地下水脆弱性现状

2．4．2 中国地下水脆弱性预测

本章小结

第三章 气候变化下基于地下水脆弱性的城市用地扩张

3．1 城市用地扩张预测模型

3．1．1 模型简介

3．1．2 模型建立

3．1．3 模型校验

3．2 地下水脆弱性约束下的城市用地扩张

本章小结

第四章 变化环境下基于脆弱性评价的地下水资源优化管理

4．1 变化环境下(气候变化、城市扩张)地下水脆弱性

4．1．1 变化环境下的地下水净补给量

4．1．2 变化环境下的地下水位埋深

4．1．3 变化环境下的地下水脆弱性

4．2 地下水资源风险-投资管理模型

4．2．1 模型建立

4．2．2 模型指标确定

4．3 地下水资源管理的风险-投资分析

本章小结

第五章 结论与讨论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参与的科研项目