蛤蟆通流域地下水水位与水质研究

摘要

蛤蟆通流域位于挠力河平原的东南部，是重要的粮食种植区。该地区从上个世纪90年代开始，水稻种植面积飞速发展，仅靠地表水已无法满足农作物的灌溉需求，于是人们通过开采地下水弥补其不足，出现了大量的管井，地下水开采量增长迅速。与此同时，局部地区出现了地下水环境问题，如湿地退化、地下水水位降落漏斗、水质恶化（三氮污染）。给当地经济、生态环境和农业发展造成了损失，也给当地居民的健康带来隐患。本文结合蛤蟆通流域野外现场调查数据，运用数理统计、GIS技术和数值模拟等方法，对蛤蟆通流域地下水水位、水质进行研究，并在此基础上结合研究区的实际情况对地下水进行脆弱性评价，具体成果如下:
　　(1)通过对研究区为期6个月的详细的水文地质调查，并结合研究区2006-2014年长观井地下水埋深原始数据，采用主成分分析法，选取降水量(x1)、蒸发量(x2)、开采量(x3)、月平均气温(x4)、平均风速(x5)、最大冻土埋深(x6)六项指标，研究得出影响地下水水位变化的主要指标为降雨量、人工开采和蒸发量。
　　(2)采用ARCGIS与Visual MODFLOW相结合，建立相应的地下水埋深动态预测模型，对研究区地下水水位进行拟合和预测，揭示了蛤蟆通流域地下水水位的变化规律。与目前地下水位相比，十年后地下水位略有下降，从水位动态角度考虑此区域水量可以满足水量需求。
　　(3)在水文地质调查过程中，对本区采样96组。基于水样分析，对研究区地下水类型、主要组分空间变化、水质评价进行了研究。
　　①对研究区96组水样分析指标进行了基本数理统计分析，得出研究区地下水的水化学类型主要为HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na;
　　②基于ARCGIS软件，绘制常规组分及微量组分等化学指标的空间分布图并进行特征分析，清楚的反映了地下水化学类型由基岩山区的重碳酸钙、重碳酸钙镁型水变为平原地区的重碳酸钙钠或重碳酸钠钙型水，与地下水径流方向一致。
　　③针对水样检测，根据地下水水质标准，采用单因子评价法、内梅罗指数法及修正的内梅罗指数法对水质进行评价及对比分析，结果显示:地下水作为生活饮用水超标项目有Fe、Mn、NH4+、高锰酸钾指数，其中超标最为严重为Fe、Mn;通过综合评价法可以得出研究区内超过Ⅲ类水的面积比例为90％，Ⅳ、Ⅴ类水为研究区地下水的主要水体。为避免传统综合指数评价过程中指标等级划分存在不连续问题，本文采用了修正的内梅罗指数法对研究区地下水水质进行评价，整体来说三种方法的评价结果基本一致，修正的内梅罗指数法更为客观。将地下水监测指标浓度与环境背景值比较，确定研究区地下水主要特征污染物为三氮。结果也表明，只要进行适当处理，地下水水质条件可以满足供水与农业灌溉水的安全条件。
　　(4)在充分研究区水文地质条件以及人类活动的基础上，针对研究区地形坡度变化较小的实际情况，基于DRASTIC模型，采用5个本质脆弱性指标，外加2个特殊脆弱性指标，利用熵权法确定权重，对蛤蟆通流域地下水的脆弱性进行研究。
　　①由于本研究区内地形坡度(T)变化较小、不饱和介质(I)不容易测得，因此，基于DRASTIC模型及评分标准，选取5个本质脆弱性评价指标;在考虑人类活动的基础上，增加土地利用类型(L)和硝态氮负荷(N)这2个特殊脆弱性指标，构建了DRASCLN模型。并详细的分析了以上七个指标对地下水脆弱性影响的内在机理，并确定了其评分体系。
　　②引入熵权系数分析法确定各评价指标的客观权重，进而对研究区地下水脆弱性进行研究，得出蛤蟆通流域低山丘陵区，土地利用类型为林地，由于其径流条件较好，属地下水脆弱性极低地区;而平原一级阶地及低河漫滩，由于地下水埋藏浅，且土地利用类型为旱田，农业活动强烈，属于地下水脆弱性高区;其余地区为地下水脆弱性中等地区。并通过地下水脆弱性评价结果与水质评价结果，水化学类型分区、硝态氮分区进行对比分析，验证了评价结果的合理性，即:地下水脆弱性高区对应着地下水水质等级为Ⅴ、地下水化学类型为重碳酸钠钙、硝态氮浓度高值中心区，反之亦然。最后提出保护研究区地下水的建议。
　　(5)本文对研究区水位和水质进行研究，为此研究区作为农田的建设区提供理论依据;为避免此区域地下水发生不良的问题，促进地下水和经济的可持续发展，针对多数农田“三氮”超标问题，提出了相关的建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水水位动态的研究

1．2．2 地下水水质的研究

1．2．3 地下水脆弱性研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

第2章 研究区自然地理、地质条件概况

2．1 自然地理条件

2．1．1 气象

2．1．2 水文

2．1．3 地形、地貌

2．2 地质条件

2．2．1 地层岩性

2．2．2 地质构造

第3章 研究区水文地质条件

3．1 地下水赋存条件与分布规律

3．2 含水介质特征与地下水类型

3．3 地下水补、径、排条件

3．4 本章小结

第4章 研究区地下水水位变化特征及分析

4．1 地下水水位的动态变化特征的定性分析

4．1．1 地下水位年内动态变化特征

4．1．2 地下水位年际动态类型

4．2 地下水水位动态变化特征的定量分析

4．2．1 主成分分析法的基本原理

4．2．2 基于主成分分析法的地下水水位动态变化特征的定量分析

4．3 研究区地下水水文地质概念模型及水位分析

4．3．1 水文地质概念模型的建立

4．3．2 地下水水流模型

4．3．3 模型的识别和验证

4．3．4 地下水水位变化预测

4．4 本章小结

第5章 研究区地下水水化学特征研究

5．1 样品采集

5．2 地下水水质评价

5．2．1 地下水水质评价参考标准

5．2．2 基于单因子指数法的地下水水质评价

5．2．3 基于修正的内梅罗指数法的地下水水质评价

5．3 地下水水化学组分分析

5．3．1 地下水主要水化学类型分析

5．3．2 地下水主要组分的空间分布特征

5．3．3 地下水主要组分的相关性分析

5．4 地下水中三氮的分布特征分析

5．4．1 地下水中三氮的存在形式

5．4．2 地下水中三氮的分布特征

5．5 地下水特殊脆弱性评价

5．5．1 DRASTIC评价模型

5．5．2 改进的评价指标体系的建立

5．5．3 基于熵权系数法的地下水特殊脆弱性评价

5．5．4 评价结果分析

5．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果