準(zhǔn)噶爾盆地南緣地下水環(huán)境演化及其可再生性研究.pdf

1、準(zhǔn)噶爾盆地是西北四大內(nèi)陸盆地之一，盆地中部古爾班通古特沙漠為我國(guó)第二大沙漠，著名的艾比湖是盆地最低排泄點(diǎn)。盆地南緣的天山北麓山前平原區(qū)，屬于國(guó)家西北三大開發(fā)區(qū)之一，然而該區(qū)地處內(nèi)陸干旱地區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境脆弱。區(qū)內(nèi)地下水資源不僅是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，又是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，而且還是地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的信息載體。 受氣候變化及人類活動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)地下水循環(huán)條件發(fā)生改變，地下水環(huán)境趨于惡化，從而誘發(fā)了地下水降落

2、漏斗、泉流量衰減、地下水污染、土壤次生鹽漬化及下游天然植被退化與土地沙化加劇等地質(zhì)生態(tài)環(huán)境問題。因此，圍繞著地下水循環(huán)條件變化下的地下水環(huán)境演化及其可再生性研究就構(gòu)成了解決該區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵，也為西北類似地區(qū)地下水可持續(xù)利用提供示范作用。 本文以準(zhǔn)噶爾盆地南緣為研究區(qū)，以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，以地下水循環(huán)條件變化為切入點(diǎn)，以地下水環(huán)境演化及地下水可再生性為主線，運(yùn)用環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、地下水水文學(xué)等學(xué)科的

3、基本理論，采用定性、定量相結(jié)合的手段，通過影響地下水狀態(tài)改變的自然、人為因素分析，從量與質(zhì)兩方面揭示地下水環(huán)境演化過程及其發(fā)展趨勢(shì)。從水資源可再生理論出發(fā)，探討地下水可再生性基本理論與方法。主要成果包含五大部分。 一是區(qū)域地下水循環(huán)形成條件及其循環(huán)模式探討。地下水循環(huán)系統(tǒng)與周圍介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)、能量與信息交換，導(dǎo)致地下水補(bǔ)給、排泄及徑流條件的改變，為此總結(jié)了準(zhǔn)噶爾盆地南緣五種地下水循環(huán)模式：“山間盆地”多次循環(huán)型、“山前褶皺帶”多次

4、循環(huán)型、“山間谷地”多次循環(huán)型、“山前凹陷盆地”多次循環(huán)型、“山前凹陷盆地”一次循環(huán)型。圍繞地下水資源、生態(tài)與環(huán)境屬性及其資源供給、生態(tài)維持與調(diào)控及地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定等功能，分析了該循環(huán)模式與地下水環(huán)境演化及其可再生性之間的關(guān)系。因而地下水循環(huán)是地下水環(huán)境演化及其可再生性的基礎(chǔ)； 二是地下水環(huán)境演化過程及其驅(qū)動(dòng)力分析。以“狀態(tài)-驅(qū)動(dòng)力-響應(yīng)”研究為主線，從地下水狀態(tài)改變出發(fā)，以地下水位動(dòng)態(tài)、地下水量動(dòng)態(tài)、地下水質(zhì)動(dòng)態(tài)為環(huán)境要素，分析地

5、下水動(dòng)力場(chǎng)、地下水化學(xué)場(chǎng)演化過程，探討地下水開發(fā)引發(fā)的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)。從自然因素與人類活動(dòng)兩方面，采用灰色關(guān)聯(lián)分析、主因子分析等方法，揭示了盆地地下水環(huán)境演化的驅(qū)動(dòng)力，其中盆地南緣山前平原地下水環(huán)境受氣候變化影響較大，細(xì)土平原主要受人類活動(dòng)影響； 三是地下水環(huán)境演化趨勢(shì)預(yù)測(cè)。以地下水位、地下水量、地下水質(zhì)等地下水環(huán)境要素為例，分別采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、數(shù)值模擬模型、指數(shù)平滑趨勢(shì)模型預(yù)測(cè)了地下水動(dòng)力場(chǎng)、地下水水化學(xué)場(chǎng)的演化趨勢(shì)

6、。結(jié)果表明，地下水位在不同水文地質(zhì)單元呈現(xiàn)下降或上升等趨勢(shì)；地下水質(zhì)無論礦化度還是硝酸根離子含量均呈上升趨勢(shì)； 四是地下水可再生性評(píng)價(jià)理論與方法初步探討。提出地下水可再生性概念，即綜合反映地下水資源補(bǔ)給與調(diào)蓄、更新與恢復(fù)能力；地下水可再生性表現(xiàn)為周期性、可變性、有限性、復(fù)合性等特征；地下水可再生性的影響因素既有水文氣象條件、補(bǔ)給水源條件、地下水循環(huán)交替條件等自然因素，又有地下水開發(fā)利用程度、人類其他工程建設(shè)活動(dòng)等人為因素。由此建

7、立了天然補(bǔ)給可用率、回歸補(bǔ)給率、調(diào)蓄系數(shù)、補(bǔ)采平衡率、地下水貯留時(shí)間、導(dǎo)水系數(shù)6項(xiàng)指標(biāo)組成的地下水可再生性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；以地下水系統(tǒng)構(gòu)造評(píng)價(jià)單元，通過層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，在探討評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用綜合指數(shù)模型和模糊綜合評(píng)判模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，山間洼地、河流上游河谷地帶地下水可再生性指數(shù)>0.4，具有很強(qiáng)的地下水可再生能力，沙漠邊緣地下水可再生性指數(shù)<0.01，地下水可再生能力最弱，細(xì)土平原地下水可再生性指數(shù)0.1-0.2，地

8、下水可再生能力較弱； 五是地下水可再生性維持途徑與調(diào)控技術(shù)研究。 首先，選取盆地南緣瑪納斯流域?yàn)榈湫土饔颍ㄟ^山間洼地地下水庫(kù)與山前平原地下水庫(kù)“兩庫(kù)”聯(lián)合調(diào)蓄的數(shù)值模擬，估算了山間洼地地下水庫(kù)與山前平原地下水庫(kù)的最大調(diào)蓄庫(kù)容分別為14.62×108m3和6.01×108m3，合計(jì)20.63×108m3。并計(jì)算了“兩庫(kù)”地下水的更新速率分別為24.89a和133.07a； 其次，以烏魯木齊河流域?yàn)趵赐莸氐奈魃綉?yīng)