杨陵区地下水埋深演变规律分析.pdf

年第 期水利技术监督建设与管理:/杨陵区地下水埋深演变规律分析崔娅茹 汪 悦(杨陵区水务局 陕西 杨陵 西北农林科技大学水利与建筑工程学院 陕西 杨凌)摘要:分析地下水埋深演变规律及影响因素 科学指导杨陵区未来的水资源利用 文章根据杨陵区 眼观测井 年地下水埋深数据 利用 检验法及统计学理论对杨陵区地下水埋深演变规律分析 结果表明:杨陵区 月地下水埋深有增大趋势 月进入汛期后地下埋深下降 地下水埋深由西北向东南递减阶地平原区地下水埋深较小 黄土台塬区地下水埋深较大 研究结果对合理开采地下水及水资源保护具有重要借鉴和指导意义关键词:地下水埋深 检验法 变化趋势 杨陵区中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:崔娅茹(年)女 工程师:基本情况地下水是水资源的重要组成部分 主要受自然条件及人类活动的影响而变化 准确掌握地下水的动态变化有利于预测地下水总体发展趋势 合理开发和利用地下水对我国国民经济发展和生态文明建设具有十分重要的作用 若忽视实际变化趋势 盲目开采地下水极易导致地面沉降 湖泊干涸等灾害分析地下水动态变化规律是研究区域地下水系统演化的基础 早在上世纪中期 就利用地下水运动的差分方程分析了地下水动态变化 年起 世界各地的学者对地下水的时空演变进行了大量研究 孙伯益采用水量平衡法对黑龙江省某县的一组岩心样本进行了水质测试 并对该地区地下水资源进行了评价 成为我国地下水研究的开端 年 水循环试验的开展 推动了对不同地质条件和环境下水循环演变规律的研究 朱延华等通过地下水补给量分布直观图研究了华北地区丰、平、枯水年的地下水补给量演变规律 目前 地下水埋深变化规律的研究大多利用地下水位、埋深等观测数据 分析地下水随时间和空间的动态变化规律 陈玺等利用淮北平原 年 个重点观测井逐月的地下水动态数据研究了地下水年内、年际和空间的动态变化特征 卞玉梅将随机时间序列、谱分析和确定型数值模型耦合 研究吉林省西部地下水埋深的动态变化 对于地下水时程变化的分析方法也随着计算机的发展变得多种多样 一些学者通过计算均值绘制年际年内变化过程来进行趋势、突变、周期分析 随着统计学理论的发展 近年来 检验法被用于趋势、突变分析 运用小波分析法进行周期分析 姚蕊等通过 检验法分析了 年淮北平原地下水埋深变化的趋势 检验法是一种非参数检验方法 其不要求样本遵从一定的分布规律 不受少数异常值的干扰 适用于气象、水文等非正态分布数据 具有较好的实际应用效果 在研究地下水空间 动 态 变 化 时 大 多 采 用 数 理 统 计 方 法分析杨陵区作为国家农业高新技术产业示范区 地处暖温带半湿润大陆性季风气候区 年内降雨分配不均 地表水可利用量较少 城区生产生活主要依靠石头河供水 农业用水主要依靠地下水的开采且农业灌溉需水量较大 目前 对杨陵区地下水的研究较少 以往的研究主要是地下水动态监测 缺少对地下水埋深演变规律的研究因此 本文以杨陵区为研究对象 基于 眼观测井 年地下水观测数据 采用 检验法及统计学理论对地下水埋深演变趋建设与管理水利技术监督 年第 期势从时程与空间两个方面进行分析 为促进杨陵区科技农业发展 合理开采地下水具有重要指导意义 资料与研究方法 研究区域概况杨陵区位于陕西省关中平原中部 全区总面积 境内及其周边分布的主要河流为渭河、漆水河、小韦河等 多年平均地下水资源总量 万 年可开采量为 万 开发利用以松散岩类孔隙潜水和浅层承压水为主 利用方式多为浅层井人工开采 用水对象主要为农业灌溉和农村生活用水按照不同的地貌类型 水文地质分区主要划分为渭河阶地平原区和黄土台塬区 区内孔隙潜水补给来源主要为大气降水入渗、井渠灌溉水入渗、河流侧向补给以及上游地下径流排泄补给 浅层承压水在北部台塬区主要受上部黄土层潜水的垂直越流补给和相邻区外承压水的侧向补给 区内地下水在地形和重力的影响下自西北向东南流动 主要排入渭河和漆水河本次选用杨陵区 年 眼人工观测井 日实测地下水埋深资料 人工观测井分布位置如图 所示图 人工观测井分布位置示意图 研究方法 趋势检验 趋势检验可以检验线性或非线性趋势 标准化检验统计量 表示时间数据序列的变化趋势 当 为正值时 表示该时间序列随时间的增加呈增加趋势 当 为负值时 表示该时间序列随时间的增加而趋于减小 当 的绝对值大于 认为变化趋势在 的显著性水平上是明显的 反之则不明显 突变检验 突变检验能够用于突变点的识别 应用此方法的前提是下垫面及气候一致 并且序列是随机独立且同分布 构造服从正态分布的统计量 当 值为正时 表示序列呈上升趋势值为负 则相反 和 可以确定突变的时间若两条曲线相交 且交点在临界线之间 则交点对应的时刻就是突变开始的时刻 具体 趋势、突变计算方法见文献 算法变化趋势的幅度采用 斜率 当 斜率为正值时 呈上升趋势 当 斜率为负值时呈下降趋势 算法如下 斜率 ()结果与分析 地下水埋深年内变化特征杨陵区地下水类型按水位动态及主导因素分为渗入 径流型、渗入 径流 开采型 气候、人为因素对其影响较为明显 根据 眼井的实测数据得到各井逐年的埋深变化 由于分区不同 两地埋深差异较大 因此分别对两地进行年内变化分析黄土台塬区以五泉中学为例 绘制其 年的地下水埋深变化过程 如图 所示 虽然每年变幅略有不同 但每年的年内变化趋势大致相似一般在 月初到 月底的地下水埋深总体趋势略有升高 月是下降的 月总体呈上升趋势 月过后总体趋势是下降的 但总的来说年内埋深呈现出 月先增大 月减小的先增后减趋势 除个别年份外年内变幅不大 一般在 之内 经过分析该区域属于渗入径流型 主要的补给来源为大气降水入渗和井渠灌溉水入渗 排泄方式为人工开采和地下水径流 人为开采对此处埋深影响并不大 因此一般在雨雪稀少 寒冷干燥的 月 地下水位有所下降 埋深增大 月进入春季 由于降水增多 地下水得到一定的补给使埋深有所减小 月气温升高 但降雨多为雷阵雨 蒸发增大而地下水得不到充分的补给 埋深有所增大 月过后进入汛期 降水较多且集中 在满足了生活用水、农田工业用水的同时还对地下水有一定的补给 因此地下水位在 月之后有了明显 年第 期水利技术监督建设与管理的回升图 年杨陵区五泉中学地下水埋深变化阶地平原区以揉谷秦丰为例 绘制其 年的地下水埋深变化过程如图 所示 该区埋深普遍偏小 变化幅度不明显 从年内变化比较大的几个年份可以看出 其与黄土台塬区年内变化趋势类似 总体都是埋深先增大后减小的趋势 但不同的是黄土台塬区 月埋深是下降的 而阶地平原区是上升的 经过分析 阶地平原区的地下水动态属于渗入 径流 开采型 受人为开采影响较大 到达灌季时 由于灌溉需求量大 加大了对地下水的开采 春季降水不足以满足供给要求 因此地下水位会有所下降 埋深增加图 年杨陵区揉谷秦丰地下水埋深变化 综上所述 杨陵区各地年内地下水埋深总体变化趋势大致相似 一般 月地下水埋深整体呈增大趋势 月呈降低趋势 但由于阶地平原区人工开采量较大 使得两区 月地下水埋深的变化有所不同 黄土台塬区埋深减小 阶地平原区埋深增大 地下水埋深年际变化特征根据 趋势检验法对常乐路、西桥等 个观测井地下水埋深进行分析计算 见表 由表 知西桥处地下水埋深上升趋势最明显 常乐路、揉谷秦丰处地下水埋深也有明显上升趋势 元树、陈沟处地下水埋深有明显的下降趋势 五泉中学处地下水埋深呈下降趋势但趋势性不显著 五泉曹堡处地下水埋深呈下降趋势且呈显著趋势 个人工观测井中阶地平原区 个观测井地下水埋深呈明显上升趋势 黄土台塬区 个观测井地下水埋深皆呈下降趋势 其中 处地下水埋深下降趋势明显据 突变检验法 以陈沟村为例对其地下水埋深进行突变点的检验 如图 所示 由图 知 陈沟村地下水埋深在 年主要以下降趋势为主 且下降趋势显著 在 年与 年发生 次突变 年突变前后变化值较小 为 年突变前后变化值较大 为 统计其他地区观测井埋深的突变时间 见表 西桥处地下水埋深 年发生突变 突变前后变化值为 其他地区皆无突变发生综合 年 眼人工观测井地下水埋深年际变化情况来看 黄土台塬区地下水位有明显的上升尤其在 年后 随着示范区贯彻落实最严格水资源管理制度、石头河引水工程建成通水、非常规水源利用和城区自备井关闭等工作开展示范区地表 杨凌区地下水月埋深趋势变化统计表测井编号测井位置统计量 值 斜率突变个数突变时间/年地下水埋深多年均值/突变前突变后突变前后变化值/常乐路 西桥 元树 陈沟 五泉中学 五泉曹堡 揉谷秦丰 建设与管理水利技术监督 年第 期下水开采量逐年下降 地下水位回升明显 阶地平原区多为农田和建筑区 农田灌溉以地下水源为主 近年来城市化建设使不透水层增加 减少了大气降水对地下水的入渗补给 使得大量降水以地表径流的形式排泄 地下水位有下降趋势图 陈沟村 突变检验图 地下水埋深空间变化特征对于区内的渭河阶地平原区和黄土台塬区 根据杨陵区 年各监测井的数据可计算得地下水埋深统计值表 见表 黄土台塬区与阶地平原区埋深差异较大 黄土台塬区的地下水埋深远大于阶地平原区 黄土台塬区地下水多年平均埋深值均在 米以上 自西北向东南递减 其中 五泉曹堡处多年平均埋深值达 阶地平原区地下水多年平均埋深值较小自北向南递减 揉谷秦丰处仅有 黄土台塬区埋深变化相对稳定 离散程度较阶地平原区小黄土台塬区地下水埋深变幅普遍大于阶地平原区东北部多年平均年变幅较西北部大 以上 元树处地下水埋深年变幅差异很大 最大年变幅达 最小仅有 阶地平原区地下水埋深多年平均年变幅值较小 在 之间 经过分析 阶地平原区靠近渭河 地势平坦 其主要含水层为砂砾石层 地下水以孔隙潜水为主 分布在河漫滩及阶地区域 呈连续性 厚度较大 富水性较好 因此地下水位较高 埋深较小 黄土台塬区孔隙、孔洞及裂隙的空间发育具有向下部逐渐变弱的特征 深部钙质结核层往往起隔水作用 因而下部常构成相对隔水层 受地形和含水层分布影响 其地下水埋深一般较大 水位较低 富水性较南部阶地平原区弱 并且由西北向东南含水层厚度逐渐减薄 因此由北向南地下水位逐渐升高 地下水埋深逐渐减小结合年内、年际变化特征可知黄土台塬区的监测井处埋深皆有下降趋势 证明该区地下水位有所回升阶地平原区埋深呈上升趋势 地下水位有所下降表 杨陵区地下水埋深统计值表区域黄土台塬区阶地平原区地点五泉曹堡五泉中学陈沟元树揉谷秦丰西桥常乐路多年平均埋深/离势系数 多年平均年变幅/最大年变幅/最小年变幅/结语本文基于杨陵区 眼井的 年的 日人工实测数据对地下水埋深时空变化趋势进行分析 结论如下()月降水量相对较小 进入灌季后 农田灌水量较大 地下水埋深整体呈增大趋势 月降水量较大 地下水埋深呈减小趋势 但总体变幅不大()个人工观测井中 阶地平原区 个观测井地下水埋深呈明显上升趋势 黄土台塬区 个观测井地下水埋深呈下降趋势 年石头河引水工程建成通水后 地下水位有所回升()杨陵区地下水埋深黄土台塬区较大 阶地平原区较小 黄土台塬区地下水埋深自西北向东南递减 埋深变化相对稳定 离散程度较小 阶地平原区地下水埋深自北向南递 地下水位逐渐升高黄土台塬区的地下水埋深变幅普遍大于阶地平原区本文根据已有数据很好的揭示了杨陵区地下水埋深演变规律及影响因素 对科学指导杨陵区合理调控地下水位 促进当地农业发展 保护生态环境 维持水系统健康平衡具有重要意义 为杨凌区水资源规划管理提供参考 地下水动态变化是自然 年第 期水利技术监督建设与管理科学与经济社会相互作用、相互影响的复杂过程人类活动对区域地下水影响显著 未来研究应该考虑更多因素 进一步探索地下水变化的驱动机制从长远来看 地下水埋深的增加可能对区域地下水循环和生态环境健康产生不利影响 需要进一步研究确定合适的地下水位阈值 以确保杨陵区生态环境的可持续发展参考文献 范晓梅.黄河三角洲地下水动态及其生态效应.河海大学.凤蔚.石家庄地区地下水动态观测与预报研究.长安大学.路洪海.后寨河流域岩溶地下水时空演变规律及其与土地利用关系研究.西南师范大学.孙伯益.试谈弱透水层的给水性及平原区地下水资源评价.河北地质学院学报():.张广生.浅析廊坊市浅层地下水位动态变化特征及其影响因素.地下水():.陈玺 郝振纯 戴明龙.淮北平原浅层地下水动态研究.安 徽农业科学 ():.卞玉梅.吉林省西部地下水动态研究.吉林大学.田晓龙.巩义市城区地下水评价及趋势分析.华北水利水电大学.王京晶 徐宗学 李鹏 等.济南市区地下水埋深动态变化及其成因.南水北调与水利科技(中英文)():.姚蕊 孙鹏 张强 等.淮北平原区浅层地下水埋深时空分布特征 .中山大学学报(自然科学版)():.杨光 粟晓玲.基于随机森林的黑河中游地下水埋深变化及成因.水土保持研究 ():.曹洁萍 迟道才 武立强 等.检验方法在降水趋势分析中的应用研究.农业科技与装备():.简虹 骆云中 谢德体.基于 法和小波分析的降水变化特征研究:以重庆市沙坪坝区为例.西南师范大学学报(自然科学版)():.许继良 周芬 魏婧 等.我国逐月格点降水时空分布特征及变化趋势.水电能源科学 ():.董晓宁 田世民 张丽.黄河源区水沙变化特征分析.人民黄河 ():.(上接第 页)下单方生态供水价值呈现明显递增变化 观音阁水库单方水能价值转换和单方生态供水货币价值相关性较大 且具有变化的同步性 通过定量评估 观音阁水库从 年其单方供水货币价值年递增率为 元/结论()影子价格方法可综合考虑水库生态供水和生态系统产出能值转换关系 评估生态供水效益转换率 相比于其他单一考虑生态供水价格的评估方法更具合理性()生态供水效益和单方水生态效益随着效益/货币率转换值的增加呈现较为显著的递增变化水库生态供水单方水能价值转换和单方生态供水货币价值相关性较大 且具有变化的同步性()本文生态系统效益指标考虑的更新和不可更新资源指标相对较少 在后续的研究中要结合区域社会经济发展 加入更多的指标提高区域生态系统能值产出分析的合理性参考文献 姜森严 孙士博.大型水库生态调度效益量化方法及应用研究.水利技术监督():.田鼎文.不同生态基流对水利枢纽发电损益的影响.水利规划与设计():.林梦然 贾一飞 董增川.考虑发电 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