西安地区地下水动态及地下水供水安全研究

摘要

西安是我国西北地区最大的城市,20世纪70~90年代由于城市快速发展,长期超量开采地下水,使得地下水位急剧下降,造成了一系列的环境地质问题,严重影响了城市的健康发展。因此,本文通过收集西安地区的自然地理、社会经济、水文气象、水文地质条件、地下水开发利用情况和地下水位监测数据等资料,分析了研究区1984~2010年地下水位埋深的时空变化规律,划分了地下水动态类型,研究了气候变化和人类活动对地下水位的影响,预测了2011~2020年地下水位埋深的变化趋势,并在实地调研的基础上对各水源地地下水供水安全程度进行了分析评价,主要得到以下几点结论:
　　1、分析地下水位埋深得出,1984~2010年研究区潜水水位平均埋深为11.72m,最大降差可达5.92m,主要经历了快速下降期—稳定期—缓慢回升期3个阶段;承压水头在1997年以前呈明显下降趋势,普遍下降50m左右,最大下降量可达100m,1997年以后城区自备井开采区呈明显回升趋势,最大回升量可达3.3m/a。
　　2、对不同区域潜水水位埋深变化时间序列的趋势检验得出,西郊沣皂河水源地(K83-3付)和城区自备井(291)开采区潜水水位埋深变化趋势分别在2006和2003年出现了非常明显的突变,潜水水位埋深均有下降转变为回升趋势;北郊渭滨水源地潜水水位埋深在1996年发生突变,1997~2010年期间水位埋深呈显著下降趋势;其它地区潜水水位变化趋势没有发生突变情况,但农灌开采区和灞河水源地的潜水水位埋深对环境变化的敏感性较强,其水位埋深波动性明显大于一、二级阶地地区。
　　3、采用克里格(Kriging)插值法对地下水埋深进行分区,得其埋深空间分布情况基本表现为东南大、北部小,开采区潜水水位和承压水头埋深明显大于其它地区。同时,结合MapGis属性库统计功能,重点研究了1998~2010年潜水水位和承压水头不同埋深分区的面积变化情况,得潜水水位埋深主要集中到10~20m范围,该分区占总面积的比例已由45.9％增长至56.8%;承压水头埋深大于100m的区域逐渐减小,20~60m和60~100m的区域面积有所增长,埋深主要集中到20~60m,该区约占总面积的50%左右。
　　4、运用主成分投影-聚类分析法,将西安地区不同水文地质单元及开采区的潜水水位动态类型划分为水文强、中、弱和开采影响型四类,并结合水文气象因素与水位埋深的相关分析和主成分分析结果,得出非开采区范围内从河漫滩至二级阶地潜水水位受水文因素影响由强变弱,水文气象因素的影响程度由大到小排列为径流量>降水量>蒸发量>气温等其它因素,开采区内潜水动态受地下水开采影响较大。
　　5、通过回归模型,研究了工业活动与潜水水位埋深的关系,得出上世纪90年代工业活动对潜水水位的影响最为明显,每增加10亿元的工业产值,就能使平均潜水水位下降0.2m左右。
　　6、建立了降水量、蒸发量和地下水开采量为影响因素的潜水水位埋深自适应模糊推理系统(ANFIS)神经网络预测模型,并运用该模型与灰色模型(GM(1,1))和径向基(RBF)神经网络相结合,预测出2011~2020年西安地区潜水水位平均埋深变化情况,结果表明其平均水位埋深在12.5m左右波动,整体有微弱的回升趋势。
　　7、通过实地调研,分析了研究区地下水供水存在的问题,并参考其它地区的相关研究成果构建了供水安全评价指标体系,利用层次-集对分析法对5个地下水源地的供水安全状况进行分析评价,结果表明其供水安全程度的优劣排序为:皂河地下水源地>渭河西北郊地下水源地>渭滨地下水源地>沣河地下水源地>灞河地下水源地。

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第一章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和技术路线

第二章 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 水资源及开发利用概况

2.3 地下水开采引起的环境地质问题

第三章 地下水动态特征研究

3.1 地下水位动态特征分析

3.2 地下水位埋深分区研究

3.3 本章小结

第四章 地下水动态成因分析

4.1 地下水动态影响因素变化特征分析

4.2 潜水动态类型的划分

4.3 水文气象因素变化对潜水水位的影响

4.4 人类活动对地下水位的影响

4.5 本章小结

第五章 潜水水位埋深预测研究

5.1 地下水需水量的预测研究

5.2 水文气象因子的预测

5.3 潜水水位平均埋深的预测

5.4 本章小结

第六章 地下水供水安全评价研究

6.1 西安市主城区供水现状

6.2 供水安全评价指标体系的构建

6.3 评价指标权重的确定

6.4 基于层次-集对分析评价模型的建立

6.5 地下水供水安全评价

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢