基于时间序列分析的丽江黑龙潭泉域动态研究

摘要

地处云南省西北部的丽江古城，作为著名的世界文化遗产，闻名于海内外。云南省丽江市黑龙潭泉域主要有3大泉群:黑龙潭泉群、清溪泉泉群、古城区泉群（白马龙潭、三眼井、甘泽泉）。这3个泉群是古城生活用水、景观用水和服务业用水的主要来源之一，但近年来枯季黑龙潭泉群流量急剧减少，甚至发生断流。古城区泉群位于丽江古城内，为研究区高程最低的排泄点，黑龙潭泉群发生断流时，泉群流量出现明显变少，清溪泉泉群位于丽江盆地东部边缘，泉群流量相对稳定，为丽江饮用水源地之一。时间序列方法可分析提取多年数据的数据结构及动态变化特征，为揭示和认识水文过程变化的有效手段和重要途径。
　　本文分析了黑龙潭泉域水文地质条件，根据各泉群流量变化特征，将其划分为黑龙潭-古城泉群地下水系统及清溪泉泉群地下水子系统，明确了其补给源及补给通道，对清溪泉泉群不同于黑龙潭泉群特征的原因进行了初步分析。基于黑龙潭泉群及清溪泉泉群多年逐月流量时间序列数据，分别对泉群时间序列数据建立ARMA模型分析其数据结构，从而分析两者之间的差异性;其次，分析了黑龙潭泉群及清溪泉泉群流量与各降雨站（丽江站、团山站、清溪站、九子海站）多年逐月降雨时间序列数据间的相关性，对存在明显相关性的数据建立VAR模型以分析泉域流量对降雨的响应模式。
　　论文的主要研究成果如下:
　　(1)泉域主要接受大气降水补给，其北部九子海补水区经岩溶管道或溶蚀裂隙对泉域补给，黑龙潭泉群和古城区泉群属于同一地下水水流系统，古城区泉群为最低排泄点，九子海通过九子海至丽江-文化断裂之间的地下径流带对黑龙潭及古城区泉群补给。清溪泉泉群流量动态特征不同于黑龙潭泉群，九子海补水区通过九子海-清溪泉泉群地下水径流带对清溪泉泉群补给。
　　(2)黑龙潭泉群流量时间序列数据非平稳，由长期确定性趋势组分和随机组分加，清溪泉泉群数据结构则相对简单，流量多年时间序列数据稳定。对黑龙潭泉群流量及清溪泉泉群流量序列数据分别建立ARMA模型，均表现为与其前两期数据明显相关。
　　(3)通过对黑龙潭泉群和清溪泉泉群流量时间序列数据利用Matlab进行小波分析，由分析结果知黑龙潭泉群及清溪泉泉群均存在三个比较明显的时间尺度特征，其中，黑龙潭泉群为10～20a、30～70a、150～256a，清溪泉泉群为15～25a、30～60a及90～128a，在这三个尺度基础上，黑龙潭泉群流量和清溪泉泉群流量分别在10～20a、30～60a的尺度具有全域性，在另外两个尺度上仅表现为局部特征明显。经分析，黑龙潭泉群流量一共有四个主周期，分别为129、80、36及12，清溪泉泉群有三个主周期，分别为81、31及12，黑龙潭和清溪泉均表现为12个月的年周期特征。
　　(4)对各降雨站及泉域流量进行相关性分析，明确了降雨站数据与泉域流量之间的相关性确实存在。
　　(5)黑龙潭泉群流量与丽江站降雨量、清溪泉泉群流量与清溪站降雨量的VAR模型，表明黑龙潭泉群流量滞后丽江站降雨3个月，清溪泉泉群流量滞后清溪站降雨1个月。而后，分别对黑龙潭泉群流量、清溪泉泉群与相关降雨站降雨量建立回归方程，结果也显示黑龙潭泉群和清溪泉泉群流量分别与前三期丽江降雨量和前一期清溪站降雨量相关。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水动态国内外研究现状

1．2．2 时间序列方法研究应用现状

1．2．3 丽江黑龙潭泉域研究现状

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 泉域地质环境条件概况

2．1 泉域自然地理条件

2．1．1 泉域地理位置

2．1．2 气象、水文

2．1．3 地形地貌

2．2 泉域地质环境条件

2．2．1 地层岩性

2．2．2 地质构造

第3章 泉域水文地质条件分析

3．1 地下水类型及岩溶含水岩组

3．2 泉域补径排条件分析

3．3 泉域水文地球化学特征

3．4 泉域地下水系统分析

3．5 泉域补给管道分析

3．6 本章小结

第4章 泉域流量变化动态特征分析

4．1 概述

4．2 黑龙潭泉群流量动态变化特征

4．2．1 黑龙潭泉群流量动态特征分析

4．2．2 黑龙潭泉群流量时间序列特征

4．2．3 黑龙潭泉群流量预测分析

4．2．4 黑龙潭泉群流量周期变化特征

4．3 清溪泉泉群流量动态变化特征

4．3．1 清溪泉泉群流量动态特征分析

4．3．2 清溪泉泉群流量时间序列特征

4．3．3 黑龙潭泉群流量预测分析

4．3．3 清溪泉泉群流量周期变化特征

4．4 本章小结

第5章 泉域流量与降雨变化相关性分析

5．1 各站点降雨变化与泉群流量变化趋势分析

5．1．1 各泉群年际变化特征及其降雨滞后特征分析

5．1．2 各泉群年内变化特征及其降雨滞后特征分析

5．2 降雨与泉群流量变化的Mann-Kendall突变检验

5．3 降雨与泉群流量变化的灰色关联度分析

5．4 降雨与泉群流量变化的相关分析

第6章 泉域流量对降雨的响应模式研究

6．1 概述

6．2 黑龙潭泉群流量对降雨响应模式分析

6．2．1 VAR模型可行性分析

6．2．2 约翰森协整检验

6．2．3 格兰杰因果关系检验

6．2．4 VAR模型脉冲响应函数结果分析

6．2．5 降雨—流量回归分析

6．3 清溪泉泉群流量对降雨响应模式分析

6．3．1 VAR模型可行性分析

6．3．2 格兰杰因果关系检验

6．3．3 VAR模型结果分析

6．3．4 降雨—流量回归分析

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果