基于GIS的楚雄地区红层地下水水化学特征及空间规律研究

摘要

楚雄州属滇中干旱地区，水资源时空分布极不均匀，资源性缺水与工程性缺水并存，较难集中化利用红层井开采地下水。楚雄红层区水文地质条件复杂，目前对红层地下水水化学特征的研究较零散，尚未全面、深入掌握红层地下水的水化学特征，为了研究楚雄地区红层地下水水化学特征及空间分布，对研究区不同类型红层地下水进行了代表性水样点的采集，通过ArcGIS软件建立红层地下水水化学空间模型，对水化学数据可视化，分析楚雄地区红层地下水水化学的空间分布特征，对楚雄地区红层地下水循环系统研究具有重要参考依据，为楚雄地区红层地下水有效开发利用提供建议。
　　通过以上研究，最终得到如下主要成果:
　　(1)楚雄地区红层地下水分为风化裂隙水、层间裂隙水、溶蚀孔隙裂隙水。在划分的水文地质单元中，牟定盆地、吕合盆地、广通盆地水文地质单元地下水顺裂隙或层面径流，受沟谷切割出露泉点向河谷或河流排泄;天子庙、波罗河水文地质单元地下水主要为就近补给、就近排泄;南华盆地水文地质单元中深部层间裂隙水绕向斜轴，向寺脚底泉点排泄，浅表风化裂隙水顺裂隙面径流，就近补给、就近排泄;楚雄盆地水文地质单元浅表风化裂隙水顺裂隙网径流，深部层间裂隙水绕向斜轴向循环，形成承压水，在沟谷处排泄。
　　(2)通过92组水化学常量组分数据，结合地质剖面，总结出红层地下水水化学特征及控制因素:风化裂隙水作为研究区主要的地下水类型，受环境影响程度较大，阳离子以C2+为主，阴离子以HCO3-为主，矿化度在250～400mg/L之间，水化学类型以HCO3—Ca型为主;层间裂隙水，受岩层性质（岩性、单层厚度、相邻岩层的组合情况）的影响程度大，阳离子以Ca2+为主，阴离子以HCO3-、SO42-为主，当砂岩厚度达100～200m时，其矿化度为500～700mg/L，当厚度达200～300m时，其矿化度为300～500mg/L，地下水类型主要为HCO3—Ca型水和HCO3·SO4—Ca型水;溶蚀孔隙裂隙水，受含水岩组中膏盐团块影响程度大，阳离子以Ca2+、Na++K+为主，阴离子以SO42-为主，HCO3-、Cl-其次，矿化度在800～1100mg/L之间，地下水类型主要为HCO3·SO4—Ca型水、HCO3·Cl—Ca型水和SO4—Ca型水。
　　(3)运用AHP层次分析法原理，设置层次模型结构，构造畅流型指标判断矩阵，得到水化学组分指标权重:HCO3-为0.4247，SO42-为0.1161，Cl-为0.0312，K++Na+为0.0555，Ca2+为0.2613，Mg2+为0.1112。
　　(4)利用ArcGIS对所有的信息层进行分析，采用按权重进行叠加的方法，得出楚雄地区红层地下水水化学及循环系统的分布特征:
　　K++Na+离子在各单元的排泄区及城镇人口集中的地方，含量(30～70mg/L)较高;Ca2+离子多聚集于各单元的排泄区（含量140～280mg/L）;Mg2+离子集中在各单元的径流区（含量60～100mg/L）;Cl-离子主要聚集在各单元的排泄区及含盐地层中（含量170～380mg/L）;SO42-离子主要聚集在各单元的排泄区(含量350～650mg/L);HCO3-离子主要集中在各单元的补给区(含量210～700mg/L);pH多为弱碱性;TDS在各个水文地质单元的排泄区及城镇人口集中的地方，含量(800～1200mg/L)较高;水化学类型以HCO3—Ca型水和HCO3·SO4—Ca型水为主。
　　在南华盆地、吕合盆地、楚雄盆地、广通盆地单元的地下水循环系统中，地下水从高山补给区到平原排泄区，呈现出水力坡度由大变小，径流速度逐渐变慢，集中补给，分散排泄，径流交替沿途由强变弱的特征;牟定盆地单元，高山补给区到中部平原排泄区，水力坡度大，地下水表现出径流速度加快，径流通畅，地下水交替积极的特点;天子庙、波河罗单元内地下水呈现出径流速度快，径流途径短，迅速排泄的特点。
　　(5)通过对楚雄地区红层地下水水化学空间分布规律的分析，结合研究区红层地下水的利用现状及水质特征，提出了有效开发利用建议:风化裂隙水适合浅井开发，单井独户或小规模联户供水;层间裂隙水适合各种管井开发，深井集中联村供水或引泉供水;溶蚀孔隙裂隙水适合中、深管井开发，集中联村供水，有条件浅井开发与风化裂隙水相同。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究综述

1．2．1 红层地下水研究状况

1．2．2 地下水水化学的研究现状

1．2．3 GIS应用于水资源的研究进展

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 区域地质背景

2．1 自然地理概况

2．1．1 气象水文

2．1．2 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 楚雄红层水文地质条件

3．1 地下水类型及含水层组

3．1．1 地下水类型

3．1．2 含水层组划分及富水性

3．1．3 富水性等级划分

3．2 地下水的补、径、排特征

3．3 水文地质单元划分

第4章 研究区地下水水化学特征

4．1 水样采集与数据

4．2 常量组分水化学特征

4．2．1 区域水化学特征

4．2．2 各单元水化学特征

4．3 水化学特征形成控制因素

4．3．1 风化裂隙水水化学特征控制因素

4．3．2 层间裂隙水水化学特征控制因素

4．3．3 溶蚀孔隙裂隙水水化学特征控制因素

第5章 楚雄红层地下水水化学空间模型

5．1 ArcGIS地理信息系统设计

5．2 基础数据准备

5．2．1 研究区基础数据

5．2．2 研究区采样点分布

5．2．3 其他

5．3 模型的建立

5．3．1 地下水水化学反距离(IDW)空间插值

5．3．2 评价模型方法建立(AHP层次分析法)

5．3．3 指标权重确定

5．3．4 地下水水化学评价体系建立

5．4 水化学空间分布特征

5．4．1 地下水水化学的分布特征

5．4．2 地下水循环系统的分布特征

第6章 楚雄红层地下水有效开发利用

6．1 楚雄红层地下水的利用现状

6．2 楚雄红层地下水水质特征

6．3 楚雄红层地下水有效开发利用建议

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果