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成都平原浅层地下水水位动态变化

来源:华盛论文网 发表时间:2018-08-28 16:48 隶属于:社科论文 浏览次数:

摘要 摘要:文章基于ARCGIS技术,运用水文地质学方法在叠加合成地下水动态类型分区图的基础上,结合监测点所处的位置,分析各个观测孔水位宏观动态变化特征,将成都平原地下水观测点

  摘要:文章基于ARCGIS技术,运用水文地质学方法在叠加合成地下水动态类型分区图的基础上,结合监测点所处的位置,分析各个观测孔水位宏观动态变化特征,将成都平原地下水观测点分为中部地下水浅埋区入渗—蒸发—开采型、中部平原开采型、山前侧向补给入渗—径流型、侧向补给—蒸发型4大地下水动态类型,在此基础上分别论述各类型区地下水动态变化特征,提高了对成都平原地下水资源演化规律的认识,为未来布置观测孔的选址提供参考依据。

  关键词:成都平原;浅层地下水;动态分区

  0引言

  地下水动态是地下水的数量和质量在降水、地表径流等自然因素和人类开采活动等人为因素影响下随时间的变化过程[1]。国外学者曾将地下水动态分为气候组,水文组,与人类活动组3个大组,按照水动力特征将潜水动态划分为分水岭型、沿岸型、山前型、岩溶型和冻结型4种类型[2]。我国学者王大纯在考虑地下水动态影响因素的情况下,将地下水动态类型划分为天然动态类型与人类活动影响下两大类,并将天然动态类型根据潜水与承压水所具有的不同补排泄方式以及水资源交替程度分别进行划分[3]。杨玲媛等人将张掖盆地按水文地质条件将地下水动态进行分区,并总结了区内多年地下水水位、储量的时空变化规律[4]。王仕琴等人结合区域影响地下水动态类型的主要因素,将华北平原地下水动态分区[5]。近年来,成都市区地下水水位由1~3m下降到10~20m,都江堰供水区年缺水量达12亿m3[6]。为了地下水资源的可持续开发,在成都平原开展了地下水资源评价。

  在水文地质测绘中,遥感和地理信息系统(GIS)被越来越多的人运用[7]。现如今,许多人在地质学和地貌学中应用遥感和GIS高效的完成了水文地质评价[8-11]。因此,本次采用遥感和地理信息系统(GIS)技术,对成都平原地下水动态进行分析。本文在分析成都平原多年地下水动态资料,在运用遥感和地理信息(GIS)的技术下,考虑研究区地下水动态特征及其影响因素,通过加权叠加整合到GIS平台中分析,划分不同类型地下水动态。对今后合理开发地下水资源,发展区域经济有着十分重要的意义。

  1研究区基本情况与地下水水位监测

  1.1成都平原基本概况

  成都平原范围北起安县秀水,南至蒲江、彭山青龙,西临都江堰、邛崃市,东界德阳、成都,为NNE向,长约200km,均宽42km,总面积8464km2,状若菱形,是西南地区最大的第四系堆积平原[12]。

  成都平原坐落于四季分明的暖湿亚热带太平洋东南季风气候区,降雨量丰沛,年均降雨量达1010mm[13]。但降雨时间分布极不均一,多集中于6~9月,约占全年降雨总量的50~60%,7、8月更甚,均大于200mm;冬春季节,即每年的12月~翌年3月降雨最少,约占全年降雨总量的3%。降雨是研究区内地下水的主要补给水源之一,也是影响地下水动态的主导因素。另外,该地区多年平均蒸发量达800~950mm,5~8月较大,12~2月较小。

  成都平原,周边为中、低山、丘陵台地环绕,构成盆地地貌景观。平原本部地形平坦,地面高程730~460m,由北西向南东倾斜,地面比降11~3‰[14],如图1。

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  成都平原内水系发育,河流密布,主要可划分为沱江水系、岷江水系以及西河片区,各水系从西北部各大小山口流入平原,后呈扇状分流。沱江水系流经平原东北部后最终汇于金堂赵镇并流出区外,岷江水系和西河片区则流经平原中部和西南部后汇于新津县流出区外[12]。境内各水系情况见图2。

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  1.2地下水水位监测

  成都平原地下水动态监测工作从1978年开始,观测点逐年有所调整,共700余孔第四系潜水井,监测区面积6473km2。现有资料相对完整监测点62个(图1),基本控制了成都平原平坝主体。

  2地下水动态影响因素及分区

  2.1地下水动态影响因素

  地下水水位动态的影响因素可以分为两类:一类是改变地下水的质量与数量(包括自然或人为的补给、排泄和人工回水等)的因素。另一类是仅仅改变含水层的弹性状态,包括大气压力的改变,疾风作用,太阳及月亮的引力变化,地面负载的增减,列车通过,岩石开挖等等,由水量增减所引起的地下水动态的变化主要表现于浅层地下水。除深层开采外,第一类则与地下水均衡要素一致,它们与地区下垫面性质、包气带厚度及岩性、含水层的水文地质条件等有关;第二类则决定于含水层的封闭条件,岩石弹塑性或岩石压力传导性质,水的物理性质等[15]。本文暂不考虑第二类,主要探讨第一类变化特征。

  2.2地下水动态分区

  地下水动态类型分区主要从地形地貌、地下水埋深、开采模数及河流湖泊因素,利用四种要素进行叠加得到地下水动态分区图(图5)。共划分了312个不同类型的地下水动态分区,但对目前有限的地下水监测孔来说,分析过于复杂。

  本次从监测孔代表地下水动态类型的角度,选取空间分布上差异较大的影响因素,将对水位动态变化有明显影响的因素进行加权叠加,主要影响因素包括:影响径流补给条件的地形地貌条件(图1)、影响入渗以及蒸发的地下水埋深(图3)、区域开采潜力、地下水集中开采漏斗区(图4)以及河流湖泊(图2),确定分区图。采用专家打分法[16],根据不同分区对地下水动态影响程度的不同,确定影响程度级别(表1),级别3表示影响程度最小,级别2稍大,级别1影响程度大。在ArcMap10.0软件中将各分区加权叠加,可以得到地下水动态影响因素分区叠加图(图5)。图5中斑块综合了几种影响因素,根据监测孔所在位置和地下水动态特征可将地下水动态分为四个大的类型:即中部地下水浅埋区入渗—蒸发—开采型动态(a)、山前侧向补给入渗—径流型动态(b)、中部平原开采型动态(c)、侧向补给—蒸发型动态(d)(图5)。

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  3成都平原地下水动态变化

  通过以上地下水的动态分区,结合监测点所处的位置,分析各个观测孔水位宏观动态变化特征,以下仅选取了各区内部分典型观测孔作为代表分别论述各类型区地下水宏观动态变化特征。

  3.1中部地下水浅埋区入渗—蒸发—开采型动态

  位于中部冲洪积平原区地下水位埋深较浅的区域,地下水开发利用程度较低,因此地下水水位动态受到降水入渗和蒸发排泄的双重作用。最低水位出现在地下水蒸发强烈,且降水量较少的枯水季节,到了夏季,地下水水位受降水的补给迅速抬升。如42号监测孔,地下水水位在每年的10月至次年的4月,处于最低值,6~8月,地下水水位受降雨的补给迅速抬升。此外42号监测孔水位在2006、2007年突降,这与成都市区附近修建地铁,有密切关系。该地下水动态类型为入渗—蒸发—开采型。

  3.2山前侧向补给入渗—径流型动态

  位于山前冲洪积扇以及山前冲洪积平原地带,属于山区至平原区的过渡带。如1号监测孔,最低水位出现在每年2~5月。6~8月降水量增大,由于地形坡度较大,含水层渗透性好,该区地下水水位受到山区含水层侧向补给的作用明显,水位上涨,加上山前径流条件好,高水位可以持续至翌年1月份。水位变幅及方差大,如位于1号孔水位变幅和方差最大分别为6.49m和0.92m。监测孔位于山前冲洪积扇地带,入渗能力强,地下水埋深较大,地形坡度大,径流量大,因此地下水水位波动性大。该地下水动态类型为入渗—径流型。

  3.3中部平原开采型动态

  主要分布于开采量大德阳降落漏斗一带,此区域地表硬化程度较高,地下水埋深较大,降雨影响很小,水位的变化与开采量大小关系密切。地下水水位与降雨量变化趋势无明显关联,人为开采影响特征明显,如61号监测孔,在1~3月开采量较小,水位持续上升,在3月水位最高,到4月需水量增大,水位大幅度下降,5~6月开采量减小,随着降雨量的增加水位开始回升,7月用水量增大,即使降雨量增加,地下水水位下降。到8月开采量减小,水位开始回升。地下水水位动态属于开采型。

  3.4侧向补给—径流型动态

  位于沱江影响带附近,沱江直接对两岸的地下水产生补给,地下水水位随着沱江水位的变化而变化。例如11号观测孔,距离沱江近,且含水层渗透性强,每年的1月至6月水位受沱江补给,持续上涨,随着农业以及灌溉回渗补给作用会有一些小的波动,7月至9月,水位随沱江水位出现缓落的现象,至10月水位再次上涨,全年共出现两个峰值。地下水位的大幅变化主要发生在洪水季节,其他时间在沱江不断流的情况下可以得到常年的补给,水位变幅和方差分别为6.05m和0.37m。地下水动态为侧向补给—蒸发型。

  4总结

  ①成都平原地下水动态受水文气象、地质、水文地质以及人类活动等因素的影响,整体上体现为入渗—蒸发—开采排泄型,地下水动态变化与水均衡的影响一致。

  ②本次研究综合地下水动态主要影响因素,利用ArcMap10.0软件将各影响因素进行叠加,得到综合分区图。根据综合分区图个影响因素对地下水动态影响程度,结合研究区监测孔所在位置,以及地下水动态变化特征,将成都平原地下水分为4个大的动态类型区,即中部地下水浅埋区入渗—蒸发—开采型动态、中部平原开采型动态、山前侧向补给入渗—径流型动态、侧向补给—蒸发型动态类型区。

  ③由于研究区受区域地质、开采、水位埋深、水文地质等诸多因素影响,导致水位变化具有明显差异性。因此,将研究区地下水动态进行分区,分析不同分区地下水动态变化特征可提高对研究区地下水资源演化规律的认识,为未来布置观测孔的选址提供参考依据。

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