黄河三角洲地下水时空分布及影响因素分析

论文总字数：13763字

目 录

1、引言 4

1.1背景介绍 4

1.2研究进展 4

2、研究区域介绍 4

3、数据及方法 5

3.1数据获取与预处理 5

3.2研究方法 5

4、地下水时空分布 6

4.1埋深时空分布 6

4.2电导率时空分布 8

4.3插值结果比较分析 10

4.4地下水变化趋势空间分布 11

5、地下水分布影响因素分析 12

5.1海岸与河流因子 12

5.2气象因子 13

5.3人类干扰 14

6、总结与分析 16

参考文献： 16

致 谢 18

黄河三角洲地下水时空分布及影响因素分析

孙艳

Abstract: As an important part of water resources, the groundwater has a key role to play in environmental change and ecological processes, plays a very important role to the sustainable development. The Yellow River delta is an important ecological region in Northeast Asia, and groundwater plays an important role in the process of matter cycling in wetland system. With the development of industry and agriculture and environmental changes, groundwater will also inevitably affect to some extent. And it becomes necessary to study on temporal and spatial dynamics. Therefore, based on the data from May 5, 2004 to October 24, 2005, with the sampling interval of 5 days as the base data, with the depth and electrical conductivity as the index, the spatial and temporal trends were analyzed by spatial interpolation and trend analysis. Correlation analysis was made with coastal / River distance, meteorology and human disturbance. The results show that: groundwater depth value of 1.45m(IDW), 1.6m(Krging), in the eastern northwest, southwest northeast of the southern Midwest is shallow, time series will form a W shape; the conductivity value is 0.92, the Eastern coastal high northwest low study on reducing, period fluctuation; The distance between the coast and river is related to the groundwater depth / conductivity. The spatial distribution of groundwater depth / conductivity is negatively correlated with the coastal distance, and is positively related to the distance of the river.

Key words: Groundwater; The Yellow River Delta; Inverse distance weighted interpolation; Kriging interpolation; Influence factors

1、引言

1.1背景介绍

相比地表水和大气水，地下水具备容易获取、供水时间长、空间分布广泛等特征，这些独特优势使其在水资源家族中占据重要地位。2015年，我国地下水源供水量为1069亿m³，约占总供水量17.5%^[1]。占比虽然不大，但它往往在干旱、半干旱、地表水污染严重等区域扮演重要角色，甚至是唯一可用水资源，在环境变化和生态过程中具有“关键节点”作用^[2-8]。

黄河三角洲尽管雨水并不特别稀缺，但受制于地形因素的影响，集中于夏季的降水多数通过地表径流流失到大海，很少能被收集利用，导致该区域人均当地水资源量仅为全国平均水平的十分之一，地下水是其重要的水源之一^[9]。此外，最近几十年来，黄河三角洲地区城市发展迅猛，工农业生产规模较之以往不可同日而语，加之是重要的石油产地，这些都与生态环境的保护产生了尖锐矛盾，地下水受到的影响有待定量研究。同时，黄河三角洲地下水咸度较高，对于生活饮用而言开发利用价值不大，长期以来对该区域地下水的关注较少，为数不多的相关研究仅仅局限于行政村尺度范围内的新生湿地展开，代表性和权威性难以服众。

地下水最重要的两个特征指标是埋深和电导率。埋深是指地表到地下水的距离，能够反映地下水资源量；电导率常用于推测地下水离子总浓度，能够反映水质。鉴于黄河三角洲地下水在河口湿地物质循环过程中的重要地位，掌握地下水埋深和电导率的时空分布是掌握区域内地下水动态最基本的前提；同时，地下水时空动态也是外在因子影响的结果，海岸、河流、气象、人为干扰便是最为直接的影响因素，洞悉它们之间的耦合关系，可以为地下水可持续发展提供科学参考^[10-14]。

1.2研究进展

地下水的利用历史较为久远，国内方面早在河姆渡文化时期就有真正意义上的水井，距今历史约为5700年，国外是在波斯帝国时期，中东的乌拉图王国利用水渠实现了地下水潜流的利用，这是在公元前900年左右。尽管利用历史很长，但对地下水的科学认识时间却很短。1855年，Darcy经过长达三年的水通过饱和砂实验，总结出渗流速度与水力坡降之间的线性关系，这被认为是科学研究地下水的开始^[15-17]。随后，裘布依公式、拉普拉斯方程等被相继应用到地下水研究中，这一时期以动力学为研究热点。进入到20世纪50年代，由于工农业生产的高速发展和生活用水的激增，对于地下水资源可开采量和水质的评价涉及到相关指标时空动态研究。空间分布方面，地统计学原理在20世纪70年代就广泛应用于地下水时空动态研究，具体应用较多的是克里金法^[18,19]。时间序列方面，混沌理论、频谱分析等也在20世纪80年代介入到相关研究当中。具体指标方面，同位素、PH值、碱度、埋深、电导率等都被应用于地下水时空演化研究。

发展到现在，对地下水时空动态研究大体分两类^[20,21]：一是利用人工神经网络、马尔科夫链、遗传算法等方法和模型对地下水的时间序列参数进行模拟仿真；另一类是利用具备空间特征的地统计学等空间分析方法与手段进行空间分布研究。相比前者，后一类充分利用地下水天然具备的空间属性，使得研究更为直观。随信息技术的发展，GIS强大的空间分析能力和数据管理能力在上世纪80年代就被应用到地下水研究中。

2、研究区域介绍

黄河三角洲地处华北平原东北部，是1855年黄河在河南铜瓦厢改道北徙后，含有的大量泥沙在坡度平缓、潮汐作用较弱的济阳断陷和埕宁隆起之间凹陷处形成的海相沉积平原。以垦利县宁海乡为中心点，北至套尔河口，南抵淄脉沟口，向东展开成扇形。经纬度范围为118°33′E～119°27′E、37°35′N～38°12′N，行政上属于山东省东营市和滨州市。气候上属于暖温带半湿润季风型气候，年均气温12.2℃，多年平均降水量609.5mm，雨热同季，日照和无霜期均较长。区域内地势低平，最高处仅为13.3m，自西南向东北倾斜。受黄河多次改道和新堆积影响，地表岗、坡、洼等微地形较为发育。区域以黄河河道为界，分属两个流域，以北为海河流域，以南为淮河流域。境内主要的河流有三条：黄河、小清河、淄脉河，后两者都位于黄河以南。地下水埋深较浅，多在5m以内，河流沉积沙粒和潮汐滩地沉积物是地下水最主要的存储介质。受离子交换作用，微咸水、咸水、卤水是地下水最主要的构成，间或有少许的淡水透镜体。实际研究区地处黄河与渤海交汇处，有机质含量高，是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙路线上重要的繁殖、栖息、中转之地，面积3136.78km²。研究区如图1所示。

图1 研究区示意图

3、数据及方法

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