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氣候變化對地下水的影響范文第1篇

關(guān)鍵詞：地下水；影響因素；主成分分析（PCA）；動態(tài)特征

中圖分類號：P641.74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）14-3379-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.14.013

Analysis of Variation Regulation and Influence Factors of

Groundwater Dynamic in Daan City

ZHANG Zhen-zhen， BIAN Jian-min， GAO Yue

（School of Environment and Resource， Jilin University，Changchun 130021， China）

Abstract： According to the data of meteorology， groundwater exploitation and groundwater buried depth in Daan city from 1960 to 2009， the article analyzed the regulation of groundwater dynamic variation， and calculated the degree of the influences caused by the variable factor like precipitation， evaporation， agricultural and industrial exploitation and domestic water consumption to the groundwater by using principal components analytic method，studied the variation regulation of groundwater dynamic under the influence of climate change and human activities in Daan city and analyze the degree of the influences on it. The results showed that the groundwater buried depth indicates a clear seasonal variation with the change of climate. Among various factors includes natural conditions and human activities， the agricultural exploitation， had the largest impact on the groundwater buried depth and the influence extent presents the yearly increase trend in recent years. The results could provide theoretical support for policymakers to make the reasonable layout of the exploitation wells and develop comprehensive program of configuration control of water resource.

Key words： groundwater； factors； principal pomponent analysis（PCA）； dynamic character

在生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，地下水動態(tài)變化不僅能夠反映含水層功能變化，還可以反映地下水系統(tǒng)的變化趨勢及人類活動對其影響程度。20世紀(jì)以來，國內(nèi)外對地下水動態(tài)的研究成為熱點(diǎn)。Hassan[1]分析了地下水流數(shù)值模擬在地下水決策方面的應(yīng)用，王金哲等[2]定量評價了人類活動對淺層地下水的干擾程度，張帥領(lǐng)等[3]研究了新疆臺蘭河流域回灌后開采方式對地下水位動態(tài)的影響。

在中國北方干旱半干旱氣候區(qū)，降水少且分布不均，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表水資源緊缺，生產(chǎn)和生活用水主要依賴地下水。過量開采地下水使水位降落漏斗區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致地下水污染，引發(fā)生態(tài)問題[4]。林年豐等[5]指出松嫩平原土地鹽堿化、荒漠化是由區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動、人類活動和氣候回旋等引起的。大安市位于松嫩平原內(nèi)部，土地鹽堿荒漠化嚴(yán)重，屬于我國生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。隨著區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動對地下水的影響越來越強(qiáng)烈。開采井?dāng)?shù)量增加造成地下水位降低，而灌區(qū)引水灌溉，又會使地下水位升高。過度開發(fā)地下水使水資源承載力降低，生態(tài)環(huán)境更加脆弱[6]。因此，分析研究區(qū)域地下水動態(tài)變化規(guī)律并探討其影響因素，可以為合理布局開采井的位置，規(guī)劃開采區(qū)域和開采量，保護(hù)脆弱的生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 環(huán)境背景及問題

1.1 區(qū)域環(huán)境背景

大安市位于吉林省西北部，東經(jīng)123°08′45″-124°21′56″，北緯44°57′00″-45°45′51″。區(qū)域地勢由西向東傾斜，西部多沙地和沼澤洼地，東部地形相對平緩，境內(nèi)水系主要有嫩江、霍林河和洮兒河。該區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量為413.7 mm，降水多集中在6、7、8月，雨季平均降水量為342.5 mm，占全年總降水量的82.8%，年累計蒸發(fā)量達(dá)到1 719.6 mm[7]。

研究區(qū)地下水類型包括孔隙潛水和孔隙承壓水。潛水分布較淺，水位埋深為3～10 m，補(bǔ)給方式以降雨入滲為主，排泄方式以蒸發(fā)和越流補(bǔ)給承壓水為主，水量貧乏。地下水動態(tài)類型為降雨-蒸發(fā)型。承壓水水位埋深為2～5 m，補(bǔ)給方式以側(cè)向徑流補(bǔ)給和上覆潛水含水層越流補(bǔ)給為主，排泄方式以人工開采為主，土壤顆粒大，水量豐富，水位埋深受開采強(qiáng)度和時間的影響。地下水動態(tài)類型為入滲-開采型[8]。

1.2 研究區(qū)存在的主要問題

受氣候條件及人類活動的影響，研究區(qū)水資源短缺、鹽堿化、荒漠化等問題嚴(yán)重，特別是持續(xù)干旱導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)用水緊缺問題嚴(yán)重阻礙了該區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。近幾年，地下水資源開發(fā)利用量不斷發(fā)生變化。2001-2009年，開動井?dāng)?shù)和灌溉面積整體呈增加趨勢。其中，相對2001年，2004年開動井眼數(shù)增長了4倍，灌溉面積增長了3倍；2005-2009年，開動井眼數(shù)減少，但灌溉面積持續(xù)增加，在2007和2008年面積達(dá)到最大。

為解決農(nóng)業(yè)用水嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀，研究區(qū)較大強(qiáng)度地開采地下水，水資源嚴(yán)重短缺，加上氣候干旱的影響，區(qū)域水位持續(xù)下降，地下水天然動態(tài)平衡遭到破壞。大安灌區(qū)的實(shí)施對解決上述問題起到了重要作用，灌區(qū)通過提引嫩江水在鹽堿荒漠化土地和旱田上規(guī)劃灌溉農(nóng)田6萬hm2以上。然而，引水灌溉后增加了灌區(qū)地下水的補(bǔ)給來源，對區(qū)域地下水產(chǎn)生更加復(fù)雜的影響，有必要就自然環(huán)境和人類活動雙重作用下的地下水動態(tài)特征進(jìn)行深入研究。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

收集、整理大安市近百年來氣象、水文、地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和水資源開發(fā)利用情況等資料，其中，氣象、水文資料主要包括1960-2009年年均降水量、蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)資料，典型豐水年（2005年）、枯水年（2007年）的月均降水量和蒸發(fā)量資料等；地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)主要選取2000-2009年具有連續(xù)數(shù)據(jù)系列的潛水井（#26630017）和承壓井（#26631018）的月均、年均地下水埋深資料；水資源開發(fā)利用資料包括2000-2009年逐年農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量和生活用水量等數(shù)據(jù)資料。

2.2 研究方法

地下水動態(tài)變化受多種因素的影響，為此，采用SPSS專業(yè)統(tǒng)計軟件中的主成分分析模塊分析各影響因素對地下水埋深的影響程度。主成分分析法是將多個變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)的主成分，每個主成分都能通過原變量線性表示，從而利用主成分來反映原始變量，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠克服單一因子的局限性，突出重點(diǎn)影響因子。利用SPSS計算多個影響因子的原始數(shù)據(jù)，得到各主成分的貢獻(xiàn)率，選出累計貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上的主成分，建立主成分綜合模型并計算綜合得分，根據(jù)得分評價地下水動態(tài)的主要影響因素。

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水動態(tài)變化規(guī)律

分別選取大安市內(nèi)潛水井和承壓水井，利用其2000-2009年每年各月每5 d的地下水埋深數(shù)據(jù)繪制地下水埋深變化歷時曲線，結(jié)果如圖1和圖2所示。

大安市多年平均降水量為413.7 mm，2005年年降水量為769.4 mm，為豐水年，2007年年降水量為255.0 mm，為特枯水年。分別以2005年和2007年為代表年分析地下水埋深與降水量及蒸發(fā)量的變化關(guān)系。

由圖1可知，2005年1～4月，潛水井埋深和承壓井埋深呈增加趨勢，4月26日為枯水期，潛水井埋深最大值出現(xiàn)在4月；5～10月，潛水井埋深和承壓井埋深都減小，承壓井埋深最大值出現(xiàn)在5月；11～12月，埋深變化不大。整體上看，相比多年平均值（潛水為3.85 mm，承壓水為6.35 mm），潛水井埋深下降了0.7 m，承壓井埋深下降了0.4 m。

2007年1～4月，潛水井埋深和承壓井埋深都增大，4月潛水井埋深達(dá)到最大值；5～8月，潛水井埋深持續(xù)降低，承壓水埋深持續(xù)增加，8月潛水埋深最小，承壓井埋深最大。9～12月，潛水井深逐漸增大，承壓井埋深逐漸減小?？菟甑叵滤裆罡哂谪S水年。

由圖2可知，2000-2002年，蒸發(fā)量較大而降水量較小，潛水井埋深和承壓井埋深呈上升趨勢，水位變幅0.99 m。2003和2005年，蒸發(fā)量有所減小，降水量增加，且2003和2005年為豐水年，潛水井埋深和承壓井埋深減小。2006和2007年為枯水年，潛水井埋深和承壓井埋深呈大幅度上升。從以上特征曲線可以看出，豐水期降水大蒸發(fā)小，潛水井埋深和承壓井埋深均減小，枯水期降水小蒸發(fā)大，潛水井埋深和承壓井埋深均增大；承壓井埋深變化滯后于潛水井埋深；豐水年相對枯水年來說地下水埋深均偏低。埋深受氣候變化影響明顯，與降水量及蒸發(fā)量的相關(guān)性均較大。

3.2 地下水動態(tài)的影響因素分析

地下水動態(tài)的影響因素是通過影響其補(bǔ)給來源和排泄途徑影響動態(tài)變化的。本研究根據(jù)研究區(qū)地下水動態(tài)類型及動態(tài)變化特征，分析引起地下水動態(tài)變化的主要控制因素。

3.2.1 自然因素與人類活動的影響 利用該區(qū)1960-2009年每年年均降水量和蒸發(fā)量的數(shù)據(jù)資料，作出多年降水量及蒸發(fā)量變化歷時曲線圖（圖3）。由圖3可知，20世紀(jì)60年代降水量稍高于多年降水量平均值；70年代降水量較小，蒸發(fā)量較大并呈增加的趨勢，大安市處于干旱時期；80、90年代降水量增加，蒸發(fā)量大幅減小，90年代末蒸發(fā)量逐漸增大，出現(xiàn)多個豐水年；2000-2009年，降水量呈現(xiàn)減小的趨勢，蒸發(fā)量呈上升趨勢。1965、1982和2007年為特枯年，降水量分別為256.2、260.3和268.5 mm，1998和2005年為豐水年，降水量分別為654.0和769.4 mm。從趨勢線中可以看出，大安市降水量呈小幅度增加的趨勢，蒸發(fā)量呈減小的趨勢。降雨和蒸發(fā)是研究區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源和排泄途徑，是影響研究區(qū)地下水位變化的主要因素之一，其多年變化規(guī)律引起地下水位也產(chǎn)生相應(yīng)的變化規(guī)律。

1960-2000年，大安市總?cè)丝谠鲩L了0.8倍。60～80年代，人口約增加了一倍，勢必加大自然資源的開發(fā)程度。20世紀(jì)以來農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，加上平原地區(qū)土壤鹽堿化的影響，人口集中分布在北部。2000年以來，灌區(qū)建設(shè)使農(nóng)田灌溉面積增加，人口分布集中區(qū)地下水開采量明顯增加。2000-2009年大安市地下水開采量與埋深的變化曲線如圖4所示。由圖4可知，地下水埋深年際變化可以分為三個階段，2000-2002年，農(nóng)業(yè)用水量和生活用水量較大，工業(yè)用水量變化不大，承壓井埋深相對潛水井上升幅度較大；2003-2006年，農(nóng)業(yè)用水量和生活用水量減少，工業(yè)用水量增加，潛水井埋深變化不大，承壓井埋深逐漸減?。?007-2009年，農(nóng)業(yè)用水量和生活用水量增加，工業(yè)用水量變化不大，潛水井埋深和承壓井埋深呈增加趨勢。由此可見，地下水埋深受農(nóng)業(yè)用水量和生活用水量的影響最為明顯。

3.2.2 主要影響因子 地下水動態(tài)的影響因素主要為降水量、蒸發(fā)量和開采量，為了分析出各影響因素對地下水動態(tài)的影響程度，采用主成分分析法進(jìn)行計算和分析。選取2000-2009年的農(nóng)業(yè)用水量（X1）、工業(yè)用水量（X2）、生活用水量（X3）、年降水總量（X4）、年蒸發(fā)總量（X5）作為主要影響因子，通過建立相關(guān)方程分析地下水動態(tài)的主要影響因素。

在利用數(shù)理統(tǒng)計分析軟件SPSS對主要影響因子的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析和相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，計算出因子特征值和主成分貢獻(xiàn)率。其中，描述方法選擇單變量描述和系數(shù)相關(guān)矩陣，抽取方法選擇相關(guān)性矩陣和基于特征值抽取，選擇輸出未旋轉(zhuǎn)的因子解和荷載圖。計算結(jié)果見表1，因子碎石圖見圖5。

SPSS系統(tǒng)默認(rèn)方差大于1的為主成分，綜合表1和圖5可知，主成分分析提取出3個主成分，累計貢獻(xiàn)率為91.929%，地下水埋深的影響因素可以初步概括為3個因子，提取的這3個主成分能夠完全概括原來的5個影響因子所包含的信息。根據(jù)提取出的主成分（F1、F2、F3）建立各主成分模型及綜合模型，表達(dá)式如下。

主成分模型：

F1=0.56ZX1-0.49ZX2+0.05ZX3-0.41ZX4+0.53ZX5（1）

F2=0.46ZX1+0.01ZX2+0.77ZX3+0.30ZX4-0.32ZX5（2）

F3=-0.13ZX1+0.64ZX2+0.40ZX3-0.60ZX4+0.24ZX5（3）

主成分綜合模型：

F=0.37ZX1-0.08ZX2+0.34ZX3-0.24ZX4+0.21ZX5（4）

式中，F(xiàn)1、F2、F3、F表示主成分變量，ZXi表示標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)變量。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，帶入上述主成分模型和綜合模型，經(jīng)計算得到得分，按照各個主成分得分進(jìn)行排名，排名見表2。

主成分模型可以反映出各個影響因子對三個主成分的影響程度。在第一主成分中，農(nóng)業(yè)開采量是主要影響因子；第二主成分中，生活用水量是主要的影響因子；第三主成分中，工業(yè)用水量為主要的影響因子。綜合模型中，農(nóng)業(yè)用水量是主要的影響因子，其次為生活用水量和降水量，蒸發(fā)量和工業(yè)用水量的影響較小，因此，人工開采是對地下水埋深影響最大的因素。結(jié)合主成分綜合得分排名表可知，2000-2004年，各因素對地下水埋深的綜合影響力較大，2005-2008年綜合影響力減小，但呈增加的趨勢，這是因?yàn)榇蟀补鄥^(qū)的運(yùn)行實(shí)施，不但減少了地下水開采量，還增加了灌區(qū)地下水的補(bǔ)給量，對地下水資源的開發(fā)利用起到了一定的保護(hù)作用。相比多年平均降水量，2007年降水量減少了154.62 mm，為解決水資源短缺問題，研究區(qū)大量開采地下水用以維持工農(nóng)業(yè)發(fā)展，滿足生活用水需求，從而導(dǎo)致2009年受各因子的綜合影響最大。以上分析表明，近幾年，人工開采對地下水埋深的影響較大，其中，農(nóng)業(yè)開采是主要的影響因子，而且隨著時間增加，開采量對地下水埋深的影響越來越占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，對于研究區(qū)而言，合理調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)用水效率，改善農(nóng)田灌溉方式對于地下水資源的保護(hù)有重要意義。

4 小結(jié)與討論

對研究區(qū)地下水埋深和降水量、蒸發(fā)量及開采量等各影響因素之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上分析各個因素對地下水埋深的影響程度，得出的主要結(jié)論歸納如下。

地下水埋深的年內(nèi)變化特征表現(xiàn)為，豐水期（9月26日）地下水埋深較小，枯水期（4月26日）地下水埋深較大；年際變化特征表現(xiàn)為，豐水年（2003年、2005年）降水大蒸發(fā)小，地下水埋深小，枯水年（2006年、2007年）降水量小且開采量大，地下水埋深也大。潛水井埋深受氣象變化影響明顯，而承壓井埋深變化滯后，地下水埋深隨氣候變化呈明顯的季節(jié)性變化。

地下水埋深變化受農(nóng)業(yè)用水量和生活用水量影響較大，受工業(yè)用水的影響相對較小，其中，承壓水是主要的用水水源，比潛水受開采影響更大。利用主成分分析法分析地下水動態(tài)影響因子，提取出3個主成分，每個主成分對應(yīng)的貢獻(xiàn)率分別為43.093%、27.448%，21.388%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到91.93%。其中，農(nóng)業(yè)開采水量是最主要的影響因子，影響程度呈逐年增加的趨勢，其次為降水量和生活用水量。在各年綜合得分排名中，2009年受各因素綜合影響較大。

本次研究可以作為評價地下水水質(zhì)和進(jìn)行地下水動態(tài)預(yù)測的基礎(chǔ)，可為解決地下水資源危機(jī)、促進(jìn)地下水資源的合理開發(fā)利用提供有力的科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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氣候變化對地下水的影響范文第2篇

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)；水文地質(zhì)；地質(zhì)測量方法

1 概述

工程地質(zhì)勘察包括各個方面，通過對各種工程地區(qū)的地質(zhì)條件勘察選擇出最利于施工的地點(diǎn)和施工方法，此外針對地質(zhì)問題提出恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。傳統(tǒng)的勘察工作往往注重巖土的物理性質(zhì)而忽略了水文地質(zhì)勘察進(jìn)而忽略巖土的水理性質(zhì)，因此對地質(zhì)評價內(nèi)容不夠全面。水文地質(zhì)勘察就是工程地質(zhì)勘察中不可分割的一部分。由于巖土體中重要的一部分是地下水，因此地下水的情況將直接影響到巖土體的物理性質(zhì)和水理性質(zhì)。水理性質(zhì)指的是由于巖土和地下水的相互作用使巖土的強(qiáng)度減弱，而且地下水也會對建筑物的耐久性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。通過對地下水的正確分析準(zhǔn)確分析出施工所在地的地下水對巖土工程地質(zhì)的影響，并且做出客觀的估計和評價以預(yù)防可能在施工后期出現(xiàn)的問題。

進(jìn)行水文地質(zhì)勘察時應(yīng)注意在施工勘察范圍內(nèi)的地下水狀態(tài)進(jìn)而預(yù)測出在人為施工過程中可能會發(fā)生的變化和巖土體與地下水之間的相互作用；應(yīng)根據(jù)不同建筑工程需要詳細(xì)調(diào)查相關(guān)的水文地質(zhì)資料；應(yīng)注意地下水和巖土之前的作用與反作用，根據(jù)工程的不同提出不同的應(yīng)對措施。

2 水文地質(zhì)可能引起的危害

很多因素都可能會對地下水的情況產(chǎn)生影響，由于自然環(huán)境的自我影響自我調(diào)節(jié)對地下水位的影響不會產(chǎn)生危害但水位情況變化超出一定范圍之后就會產(chǎn)生影響。這包括了地下水水位的升降過度和潛水層的變化超出負(fù)荷等，而危害則是可能引起的建筑物的破壞或者巖土的膨脹收縮變形。

2.1 地下水水位下降的影響。

在實(shí)際工程中由于很多人為的原因會導(dǎo)致地下水水位下降，例如很多工程都會提前將地下水抽干，將礦床疏干。而由于人為降低地下水當(dāng)?shù)叵滤幌陆档侥撤N程度時就不可避免的會使地面產(chǎn)生沉降、塌陷等災(zāi)害對施工人員的人身帶來危險，如果處理不當(dāng)還會引起地下水污染等環(huán)境問題并且這些環(huán)境問題后期處理是相當(dāng)困難的。地質(zhì)情況不同帶來的危害也是不一樣的，有些地區(qū)的地質(zhì)情況很容易由于地下水沉降引發(fā)海水倒灌或者沙漠化，這樣不僅僅對建筑造成危害還可能對環(huán)境，對施工人員的人身安全造成不可逆的災(zāi)難。

2.2 地下水水位上升的影響

影響地下水水位上升的因素有很多，其中自然因素包括了季節(jié)交替，氣候變化和一些自然現(xiàn)象如潮汐等。在施工過程中由于土體卸載使土壤密度加大當(dāng)巖土壓密后很可能侵蝕工程材料，水位上升后可能使使巖土中的鈉鹽層溶解從而使建筑移位。如果地下水變化頻繁，也可能會使巖土的收縮膨脹情況不斷變化這樣有些輕型的建筑會容易造成破壞。

2.3 潛水位上升對巖土工程的影響

影響潛水位的因素很多，工業(yè)廢水，管道排水，引水渠等等。當(dāng)遇到粗粒松地底層時由于含水層的穎拉細(xì)小很容易使地表水下滲，此外當(dāng)含水層的水流方向發(fā)生變化時可能會對建筑后期使用過程中的排水問題帶來影響。此外還可能對施工工地附近的水庫河流的水位情況產(chǎn)生影響。

在自然狀況下，地下水只受微弱的動水壓力對地下水水位產(chǎn)生輕微的影響，輕微的地下水變化對建筑的影響不會太大，尤其是提前做好預(yù)防措施之后可以減輕地下水對建筑的影響。因此危險的不是有預(yù)防措施的后果而是因?yàn)閷λ牡刭|(zhì)勘察不仔細(xì)而導(dǎo)致情況不明就胡亂開工而帶來的危害。

2.4 地下水對巖土的物理性質(zhì)的影響

地下水對巖土的物理性質(zhì)的影響處理不當(dāng)可能會使建筑工程因地址問題而產(chǎn)生安全事故。因此要嚴(yán)密測試地下水和巖土之間的物理性質(zhì)。

3 地質(zhì)測量方法

目前地質(zhì)測量的主要方法是GPS，通過這種測量方法可以擴(kuò)大測量范圍，可以更好的對水文地質(zhì)情況進(jìn)行監(jiān)測。使用時有三種不同的布控形式即：點(diǎn)線式、邊連式、網(wǎng)連式和混連式。

4 地下水巖土水理性質(zhì)影響

4.1 巖土膨脹或收縮

流失地下水之后巖土的體積會減小重新吸收地下水之后又會使巖土的體積膨脹。巖土的這種性質(zhì)會對土坡層穩(wěn)定和地基情況產(chǎn)生影響，巖土的膨脹收縮會引起巖土工程裂縫和基坑隆起等。

4.2 給水性

在重力作用之下可能從飽水巖土中的孔隙里邊流出一定的水。給水性也可以稱為給水度，它不僅僅是影響對施工區(qū)域的疏干時間，也是水文地質(zhì)的重要參數(shù)之一。對于給水性的測量一般采用實(shí)驗(yàn)室方法。

4.3 崩解性

在施工過程中，巖土的土粒會不斷地被破壞或者剝削。在遇水之后巖土可能會有解體或者崩散，這種性質(zhì)就是巖土的崩解性。不同的結(jié)構(gòu)，不同的組成成分以及不同大小的顆粒都會對巖土的崩解性產(chǎn)生影響。以石英為主要成分的巖土往往崩解時以裂開的形狀，而以散開式則是以高嶺土、水母等為主要成分的巖土。

4.4 透水性

水在重力條件下進(jìn)入巖土的性質(zhì)就是透水性。透水性越強(qiáng)的巖土裂縫的發(fā)育情況越嚴(yán)重。而細(xì)顆?；虿痪鶆蝾w粒的巖土的透水能力就比較弱。滲水系數(shù)是用來表示透水性的，滲透系數(shù)往往通過實(shí)驗(yàn)來確定。

4.5 軟化性

軟化性是指在受到地下水的浸濕之后，巖土的力學(xué)性質(zhì)降低。軟化性的大小可以用軟化系數(shù)來表示。在很多種泥質(zhì)巖中普遍存在軟化性。而巖土的軟化性對巖土的耐浸濕能力和風(fēng)化能力都有重要的影響。

5 應(yīng)對措施

針對不同的水文地質(zhì)條件和巖土的其他情況應(yīng)采用不同的樁基。根據(jù)可能發(fā)生的隱患，對樁基的各個方面進(jìn)行選擇，例如對樁基的長、寬、高、直徑、其他的平面布置要求；此外還要對樁基的很多方面受力能力進(jìn)行驗(yàn)證，例如樁尖持力層、樁的摩擦力和端阻力；驗(yàn)證完成后應(yīng)根據(jù)分析情況對單樁承載力提出建議；對有沉樁可能性的預(yù)制樁或者沉管樁進(jìn)行反復(fù)論證。

6 結(jié)語

巖土工程中不可忽視的問題就是地下水的影響，因此精確的對地下水情況進(jìn)行檢測，做好水文地質(zhì)的勘察工作，對建筑需要的水文資料的準(zhǔn)確度、可靠度進(jìn)一步提升，對涉及到的受力情況進(jìn)行嚴(yán)密分析，根據(jù)不同的地質(zhì)條件提出不同的合適的建筑施工方案，使危害降低到最低。我國的建筑工程行業(yè)在不斷發(fā)展，而工程勘察尤其是工程水文地質(zhì)勘察也會越來越重要，為安全施工做出更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃武斌.淺析工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)危害的分析與預(yù)防[J].江西建材，2013 （3）.

氣候變化對地下水的影響范文第3篇

關(guān)鍵詞：濕地 污水處理 地下水 影響

0 引言

隨著社會的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市用水量越來越大且廢水排放量也日漸增多，而相對的淡水資源卻愈發(fā)短缺，這就要求城市發(fā)展急需采用有效的廢水處理系統(tǒng)，將廢水處理后回收利用[1]。當(dāng)前城市污水處理有污水處理廠、污水灌溉、污水直接排放等，但是這些方式要么成本高、要么污染環(huán)境，面臨此問題，應(yīng)用濕地系統(tǒng)對城市污水進(jìn)行處理得到了研究和運(yùn)用。

濕地系統(tǒng)是利用生態(tài)系統(tǒng)原理和自然科學(xué)原理，采用植物、蟲類、微生物等自然界物質(zhì)對污水進(jìn)行凈化的過程系統(tǒng)[2]。濕地系統(tǒng)雖然對城市污水具有一定的凈化處理效果，但是由于污水量的增多和濕地系統(tǒng)建設(shè)的不合理等原因，濕地系統(tǒng)污水處理時不可避免的出現(xiàn)各種缺陷，對地下水造成一定的影響。

1 基本概念

濕地一般可以分為自然濕地和人工濕地兩類，自然濕地是指自然條件成長而形成的一塊濕地區(qū)域，人工濕地是指為了某種需要，模擬自然濕地進(jìn)行人工設(shè)計和建造形成了水、土、植被、動物等組成復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

人工濕地系統(tǒng)一般用來處理污水，主要有人工填料和水生植物組成，主要通過利用濕地系統(tǒng)中的填料-水生植物（動物）-微生物等相互之間的物理、化學(xué)、生物的協(xié)調(diào)作用，通過轉(zhuǎn)變、過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收、微生物分解等過程對污水進(jìn)行凈化處理。人工濕地系統(tǒng)一般分為表面流濕地、水平潛流濕地、垂直流濕地三種。

2濕地系統(tǒng)處理污水理論

2.1 污水處理機(jī)理

當(dāng)人工濕地系統(tǒng)建設(shè)成熟后，填料表面和植物根系中自然生長許多微生物，進(jìn)而形成生物膜和土壤間隙，污水流過時固體廢物被填料和根系阻擋，有機(jī)污染物質(zhì)則被吸附和異化進(jìn)行去除。根系對氧的傳遞釋放作用，改變濕地中的氧環(huán)境狀態(tài)，直接將污水中的氮、磷等物質(zhì)作為營養(yǎng)成分進(jìn)行吸收，通過硝化、反硝化作用進(jìn)行去除，最后通過定期更換濕地的填料、植物等使污水進(jìn)行循環(huán)處理凈化?？偟膩碚f，是通過植物的代謝作用、微生物的分解作用、物質(zhì)的物理和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等對污水進(jìn)行處理。

2.2 濕地污水處理的作用和優(yōu)勢

濕地污水處理由于其建設(shè)簡單、價格便宜、污水處理效果好、操作簡單、維護(hù)方便、較高的氨氮去除率、較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力等優(yōu)勢特點(diǎn)，在生活污水和城市污水處理中得到了廣泛應(yīng)用，特別是農(nóng)村生活污水處理、城市污水處理廠二次處理中發(fā)揮了重要的作用。同時，使污水處理和環(huán)境調(diào)解相結(jié)合，不僅可以提供水源、補(bǔ)充地下水、防止自然災(zāi)害，清除污染物，還可以保護(hù)植被和城市生物多樣性。

2.3 濕地污水處理的缺陷

人工濕地城市污水處理雖然具有較大的優(yōu)勢和良好作用，但是也不可避免的出現(xiàn)一些問題，如人工濕地系統(tǒng)占地面積大、處理污水過程慢、易受到病蟲害和氣候變化的環(huán)境影響等缺陷存在。最主要的三個問題如下：

（1）濕地堵塞。人工濕地處理城市污水經(jīng)過時間積累，各種污染物懸浮物的聚集會導(dǎo)致濕地系統(tǒng)效能降低。雖然通過吸附和沉淀可以攔截去除許多污染懸浮物和污染無機(jī)物等，但是久而久之會造成濕地堵塞。

（2）污水處理出水水質(zhì)不穩(wěn)定。一方面隨著城市人口增加和用水量增加，進(jìn)入濕地的污水濃度和污水量過大，超過濕地系統(tǒng)的負(fù)荷；另一方面冬季氣候嚴(yán)重降低濕地系統(tǒng)污水處理效率，不但導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，還導(dǎo)致污水流入自然污染環(huán)境。

（3）設(shè)計難以達(dá)到精準(zhǔn)要求。生物和水力復(fù)雜性加大了對其污水處理機(jī)制、工藝動力學(xué)和影響因素的認(rèn)識理解，引起的人工濕地設(shè)計和建設(shè)不合理導(dǎo)致人工濕地不但污水處理不合格，反而變成了污染源。

總之，濕地城市污水處理最大問題和影響就是對地下水環(huán)境造成影響，由于濕地系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)、維護(hù)、負(fù)荷不足、機(jī)能破壞、植物更新等不及時導(dǎo)致污水流入地下，附帶的硝態(tài)氮、磷、重金屬離子等對地下水造成嚴(yán)重污染和影響。

3濕地處理污水對地下水的影響

人工濕地城市污水處理由于負(fù)荷過大、進(jìn)水污染度過高、進(jìn)水量過大、植被生態(tài)破壞、濕地系統(tǒng)失效等原因易出現(xiàn)造成地下水污染的情況。

3.1 導(dǎo)致地下水硝酸鹽化的影響

濕地處理污水的流入使地下水的硬度和含鹽量都會大幅度增加，特別是濕地污水處理后形成的硝化污泥，其中的硝態(tài)氮由于其易溶性和不易被土壤吸收性的性質(zhì)特征，直接造成地下水污染，甚至引起“肥水”現(xiàn)象。地下水硬度和含氮量的提高，土壤中的氨離子產(chǎn)生硝化反應(yīng)生產(chǎn)硝酸鹽會直接加重地下水的硝酸鹽變化污染。

3.2 重金屬離子污染地下水的影響

城市污水由于含有工業(yè)污水所以含有大量的重金屬離子，濕地系統(tǒng)的土壤對重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附作用，阻止重金屬離子向地下水中移動，但是人工濕地隔離壁的破壞會導(dǎo)致重金屬離子縱向遷移至地下水，造成地下水污染。對Zn、Cu等重金屬離子進(jìn)行淋濾實(shí)驗(yàn)可以表明，土壤汗水植物可以吸附和沉淀重金屬離子，在表層10cm以下積累時，重金屬離子就會出現(xiàn)向下移動的趨勢，從而導(dǎo)致地下水重金屬離子污染。

3.3 生物致病物質(zhì)對地下水的影響

人工濕地系統(tǒng)由于其潮濕、植物、微生物等原因，在城市污水處理過程中，由于污染物的積累會產(chǎn)生各種寄生蟲、細(xì)菌、病毒、有毒微生物等，這些物質(zhì)流入土壤遷移至地下水中，將對地下水造成嚴(yán)重的污染。研究表明，一些病毒和細(xì)菌由于其微小、存活率高的特性通過遷移作用，通過土壤空隙時不會被土壤吸收和過濾，容易直接進(jìn)入地下水系統(tǒng)，地下水受到病毒、細(xì)菌感染污染十分嚴(yán)重，極有可能通過傳染造成大范圍地下水受到污染，對地下水質(zhì)環(huán)境、人們生活等都造成嚴(yán)重影響。

3.4 污水處理形成的有機(jī)物對地下水的影響

城市工業(yè)污水含有的、污水處理中產(chǎn)生的各種有機(jī)物質(zhì)，在濕地污水處理過程中一般流入土壤通過遷移進(jìn)入地下水系統(tǒng)，將對地下水造成污染，研究表明某些城市地下水受到有機(jī)物污染造成致癌物質(zhì)的達(dá)幾十種。

3.5 濕地污水處理對地下水的整體影響

人工濕地系統(tǒng)的構(gòu)造是模擬自然濕地生態(tài)系統(tǒng)在某一區(qū)域進(jìn)行挖掘建設(shè)，由于培養(yǎng)各種植物、營造土壤環(huán)境導(dǎo)致地層表層被破壞，人工濕地離地下水更加接近。一般情況下污水的排放會受到土壤的吸附、過濾、同化和沉淀等作業(yè)阻止其流入地下水，地層被人工濕地系統(tǒng)破壞后，污染一旦在濕地系統(tǒng)中出現(xiàn)泄漏和溢流，就極容易進(jìn)入地下水，從而導(dǎo)致地下水受到破壞和影響。

4結(jié)論

在分析濕地系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，表明在濕地系統(tǒng)遭到破壞等各種因素影響下，濕地城市污水處理會對地下水造成嚴(yán)重影響。

從濕地城市污水處理導(dǎo)致地下水硝酸鹽化、重金屬離子污染、產(chǎn)生生物致病物質(zhì)、形成有毒的有機(jī)物、整體影響等方面詳細(xì)分析濕地污水處理對地下水的影響。

參考文獻(xiàn)

氣候變化對地下水的影響范文第4篇

摘要：水資源脆弱性是評價水資源系統(tǒng)對自然條件變動或人類開發(fā)利用影響承載能力的重要指標(biāo)，其評價對于水資源保護(hù)工作非常重要。從自然因素、人為因素、綜合因素三方面給出13個指標(biāo)，利用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，綜合相關(guān)研究及經(jīng)驗(yàn)確定各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，綜合進(jìn)行區(qū)域水資源脆弱性評價。以海河流域?yàn)槔_展了實(shí)例研究，海河流域現(xiàn)狀的水資源脆弱度為59.7，屬于中度脆弱區(qū)；在未來氣候變化條件下，經(jīng)過人工水資源調(diào)控措施，海河流域2020年、2030年水資源脆弱度分別為58.64、58.63，證明水資源調(diào)控措施將會改善海河流域水資源條件。該方法對流域級水資源系統(tǒng)的脆弱性評價有重要意義。

關(guān)鍵詞：水資源;脆弱性評價；指標(biāo)體系；層次分析法；海河流域；情景預(yù)測

中圖分類號：TV21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1683（2012）01-0055-05

Water Resources Vulnerability and Its Assessment of Haihe River Basin

LV Cai-xia1,QIU Ya-qin1,JIA Yang-wen1,NIU Cun-wen1,DING Xiang-yi1,HAN Chun-miao2

(1.Department of Water Resources，China Institute of Water Resources&Hydropower Research，Beijing 100038．China;2.Beijing Hydrology,Beijing 100089,China)

Abstract: Vulnerability of water resources is a vital index to assess the effects of natural changes or human use against the water resources system and vulnerability assessment is important for protecting water resources.In this paper,a framework of water resources assessment was outlined and applied to the Haihe river basin.A list of 13 indicators for vulnerability assessment were identified and categorized including the natural factors,human factors,and comprehensive factors.The weight of each indictor was calculated using the Analytic Hierarchy Process,and the standard value for each indicator was obtained from the referenced researches.The results showed that the water resources vulnerability value of the Haihe river basin is 59.7 under the current situation,which indicated that the Haihe river basin is moderate vulnerable.With the future climate changes and human regulation and control of water resources in the Haihe river,the predicted water resources vulnerability value could be 58.64 and 58.63 for year 2020 and 2030,respectively,which implied that the regulation and control measures can improve the water resources conditions of the Haihe river basin.Thus,this method is beneficial for assessing the vulnerability of water resources under historical and predicted situations.

Key words:water resources;vulnerability evaluation;indicator system;Analytic Hierarchy Process;the Haihe river basin;scenes analysis

1 國內(nèi)外水資源脆弱性評價進(jìn)展

隨著人口的急劇膨脹和經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人類活動對流域水資源系統(tǒng)的影響不斷增強(qiáng),出現(xiàn)了諸如河道斷流、洪澇、干旱和地面沉降等等一系列的脆弱性事件。水資源脆弱性研究逐漸受到學(xué)者的關(guān)注。

國外水資源脆弱性的研究始于地下水資源脆弱性概念的提出（Albinet & Marget，1968）。20世紀(jì)80年代以后，對地下水脆弱性的研究關(guān)注于含水層本身屬性的同時開始考慮人類活動對地下水脆弱性的影響［1］。對于水資源的脆弱性定量研究工作尚顯不足，Surendra N.Kulshreshtha(1998) 從人口增長、糧食自給程度、工業(yè)增長及氣候變化四個方面對全球現(xiàn)狀水平（1990年）及未來水平（2025年）的水資源脆弱性進(jìn)行對比評價，認(rèn)為未來人口增長是對水資源脆弱性貢獻(xiàn)最大的因素［2］。Thian Yew Gan(2000)提議通過增加小型水資源工程、增加雪水的儲存、增加現(xiàn)有水資源系統(tǒng)間的集成、在農(nóng)業(yè)范圍內(nèi)在水價、計水方式等方面推行節(jié)水措施，以此來降低北美大草原應(yīng)對未來氣候變暖及干旱時的水資源脆弱度［3］。

國內(nèi)水資源脆弱性研究起步于20世紀(jì)90年代中期，研究內(nèi)容多為地下水脆弱性，近年來部分學(xué)者在水資源脆弱性的概念、內(nèi)涵、定量評估方法等方面做了有益的探索。劉綠柳［4］較早提出了水資源脆弱性的概念，并且在分析其脆弱性內(nèi)涵的基礎(chǔ)上給出了水資源脆弱性定量評價的指標(biāo)體系和評價方法；鄒君［5］等以南方地表水資源系統(tǒng)為研究對象，提出了地表水資源脆弱性的概念，分析了地表水資源脆弱性的內(nèi)涵和影響因素。由于水資源系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，國內(nèi)外水資源脆弱性研究尚處在起步階段，存在比較突出的問題是水資源脆弱性的概念尚沒有形成共識，還沒有形成完備的流域尺度的水資源脆弱性評價理論和方法體系。

2 水資源脆弱性的概念

水資源系統(tǒng)是在一定區(qū)域內(nèi)由各種形態(tài)的水所構(gòu)成的統(tǒng)一體。統(tǒng)一體中的各類水具有相互聯(lián)系并依一定規(guī)律相互轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)出明顯的整體功能、層次結(jié)構(gòu)和特定行為［6］。綜合相關(guān)研究，作者認(rèn)為，對于水資源系統(tǒng)而言，脆弱性有3層含義：① 脆弱性是水資源系統(tǒng)自然屬性的一種外在表現(xiàn)；② 脆弱性容易受氣候變化、水資源開發(fā)利用等外在因素的影響，并通過一定的方式表現(xiàn)出來；③ 水資源系統(tǒng)具有一定的自我恢復(fù)能力。

3 評價方法

目前水資源脆弱性的定量評價方法有模糊分析法、層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、EFI脅迫度指數(shù)法和綜合分析等方法。模糊分析方法可以定量的描述單因素的模糊屬性和不確定性；層次分析法根據(jù)定量與定性相結(jié)合，定量描述評價指標(biāo)的重要性是解決決策問題的簡便方法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有自學(xué)習(xí)功能，并能夠快速尋優(yōu)，是模擬、預(yù)測中應(yīng)用較多的工具；EFI脅迫度指數(shù)法是從生物承載能力來描述區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)；綜合分析法則根據(jù)實(shí)際情況選取不同的方法綜合進(jìn)行水資源脆弱度評價。結(jié)合本文研究情況，本文采用綜合分析法進(jìn)行水資源脆弱性評價。

3.1 指標(biāo)體系建立

水資源脆弱性評價指標(biāo)體系的構(gòu)建從我國水資源的實(shí)際情況出發(fā)，將影響水資源脆弱性的主要影響因素分為三類，即自然因素、人為因素、綜合因素，并根據(jù)科學(xué)性、合理性、可操作性和可比性建立指標(biāo)評價體系。

自然因素指標(biāo)包括降水量、干旱指數(shù)、年降水極值比、調(diào)出入境水量等；人為因素指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)增長速度、萬元產(chǎn)值COD排放量、人均生活COD排放量、城市污水處理率、調(diào)入調(diào)出水量；人均水資源量、水資源開發(fā)利用程度、地下水開采比例和用水定額受自然因素和人類因素同時制約，作為綜合因素指標(biāo)進(jìn)行評價。

為了便于比較，實(shí)際計算中對指標(biāo)的處理如下：① 流域調(diào)入水量按照流域面積折算為調(diào)入水深，與降水深統(tǒng)一作為流域年總?cè)胨窟M(jìn)行考慮；② 年降水極值比采用多年降水中年最大降水深的最大值與最小值的比值；③ 地下水開采比例采用在同一范圍內(nèi)某時間段的地下水開采量與地下水可開采量的比值；④ 出境水量包括兩部分：一是調(diào)出水量、二是河流自然流動流出的水量，目前對河道內(nèi)的出入境水量和入海水量還沒有一個較為公認(rèn)的值，僅是由上下游用水戶協(xié)議解決，因此不考慮這部分水量，只考慮跨流域調(diào)出水量；⑤ 干旱指數(shù)采用年蒸發(fā)能力與年降水量的比值，表征氣候干濕程度；⑥ 降水集中程度采用多年平均連續(xù)最大4個月降水量占全年降水量的比值；⑦ 采用人均GDP作為衡量人類活動對水資源系統(tǒng)影響的重要指標(biāo)；⑧ 采用區(qū)域人均水資源量和水資源開發(fā)利用程度來宏觀衡量水資源壓力，其中水資源開發(fā)利用程度定義為年取用的淡水資源量占可獲得的（可更新）淡水資源總量的百分率；⑨ 采用萬元GDP用水量來反映流域/區(qū)域的用水水平。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文結(jié)合專家打分法與層次分析法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重值的確定。

層次分析法是確定指標(biāo)權(quán)重較為成熟的方法，該方法是一種多準(zhǔn)則思維的方法，它將定性分析和定量分析相結(jié)合，把人們的思維過程層次化和數(shù)量化，在目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要的數(shù)據(jù)情況下尤為實(shí)用。

根據(jù)層次分析法，按照因素之間有無相互影響可以將因素分為不同層，保持同一層內(nèi)的因素之間相互獨(dú)立，通過構(gòu)造判斷矩陣及專家打分可以定量的計算出某層各因素對于上層的因素影響的貢獻(xiàn)度。以此類推，可以計算出劃分的所有因素對其上層因素的影響程度。具體各指標(biāo)的權(quán)重見表1。

3.3 評分標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)臨界值的確定

評價指標(biāo)采用5等級100分制［7］劃分，根據(jù)各區(qū)域的現(xiàn)狀值進(jìn)行確定。各指標(biāo)采用等間距級差劃分等級，即先確定指標(biāo)的極大值和極小值，然后進(jìn)行5等分確定各等級區(qū)間。極值的確定則根據(jù)全國水資源一級區(qū)水資源狀況與相應(yīng)指標(biāo)對應(yīng)的情況進(jìn)行，由此確定以下結(jié)果。

① 年總?cè)胨吭?00 mm以下為強(qiáng)脆弱區(qū)，800 mm以上為不脆弱區(qū)。

② 年降水極值比在1.5（含）以下時，區(qū)域水資源趨于不脆弱；但是年降水極值比在3（含）以上時表明地區(qū)發(fā)生暴雨，區(qū)域水資源趨于強(qiáng)脆弱［8-9］。

③ 地下水開采比例在0.3以下時水資源趨于不脆弱，但是該比例在1以上時區(qū)域水資源趨于強(qiáng)脆弱［10］。

④ 調(diào)出水量占當(dāng)?shù)厮Y源總量的20%的地區(qū)水資源的脆弱程度最強(qiáng)，調(diào)出水量占當(dāng)?shù)厮Y源總量的5%的地區(qū)水資源的脆弱程度最低［11］。

⑤ 認(rèn)為十分濕潤區(qū)（干旱指數(shù)小于0.5）的地區(qū)水資源的脆弱程度最低，干旱區(qū)（干旱指數(shù)大于7）的地區(qū)水資源的脆弱程度最強(qiáng)。

⑥ 確定降水集中程度在50%以下的地區(qū)水資源趨向于不脆弱，而降水集中度在90%以上的地區(qū)的水資源趨向于強(qiáng)脆弱性。

⑦ 人均GDP在2萬元/人以下時經(jīng)濟(jì)社會活動對水資源的擾動比較小，水資源系統(tǒng)趨向于不脆弱；人均GDP在3萬元/人以上時，經(jīng)濟(jì)社會活動對水資源的擾動比較大，水資源系統(tǒng)趨向于強(qiáng)脆弱。

⑧ 將人均水資源量小于500 m3/年定為水資源強(qiáng)脆弱區(qū)，大于3 000 m3/年時地區(qū)水資源趨于不脆弱。

⑨ 水資源開發(fā)利用程度在40%以下的地區(qū)，水資源系統(tǒng)趨于不脆弱，水資源開發(fā)利用率在70%以上的地區(qū)，水資源系統(tǒng)趨于強(qiáng)脆弱［12］。

⑩ 地區(qū)萬元GDP用水量在150 m3以下時，造成水資源系統(tǒng)趨向于不脆弱；萬元GDP用水量在400 m3以上時，造成水資源系統(tǒng)趨于強(qiáng)脆弱。

11 萬元產(chǎn)值COD排放量、人均生活COD排放量和城市污水集中處理率則根據(jù)現(xiàn)狀條件將大于9 kg/萬元、大于15 kg/（人•a）、小于20%定義為強(qiáng)脆弱，而小于2 kg/萬元、小于5 kg/（人•a）、大于60%定義為不脆弱。

綜上，可以構(gòu)造水資源脆弱性評價指標(biāo)的分級與標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3.4 水資源脆弱性評價

水資源脆弱度(VOW) 采用通用的綜合指數(shù)加權(quán)求和模型計算，其中Fi表示各評價因子經(jīng)過分級打分所得的數(shù)值，ωi為各因子相對水資源脆弱性的權(quán)重系數(shù)。計算結(jié)果越大，脆弱度就越高，反之脆弱度就越低，數(shù)值大小保持在0～100 之間。

vow=∑Fi×ωi（1）

4 實(shí)例研究

4.1 流域概況

海河流域位于東經(jīng)112°～120°，北緯35°～43°，包括北京、天津兩市全部，河北省絕大部分，山西省東部，河南省、山東省北部，和遼寧省一小部分在內(nèi)的8省(市、自治區(qū))是我國政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心區(qū)域。流域總面積32萬 km2，占全國總面積的33%。

海河流域包括海河、灤河和徒駭馬頰河3大水系：海河水系、灤河水系和徒駭馬頰河水系。其中，海河水系是主要水系。流域地處溫帶半濕潤、半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。全年80％降水量集中在汛期（6月-9月），冬四月降水量僅占全年的3％～10％。降水量年際變化很大，多年平均降水量530 mm（1956年-2005年系列）。

流域內(nèi)的農(nóng)業(yè)占有比較大的比例，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，到2005年，全流域擁有耕地面積1 065.4萬hm2，占流域面積的33%，其中有效灌溉面積754.27萬hm2。

4.2 海河流域水資源脆弱性

4.2.1 現(xiàn)狀條件下海河流域水資源脆弱性

根據(jù)海河流域1956年-2005年數(shù)據(jù)系列平均值進(jìn)行海河流域水資源脆弱性定量計算，計算結(jié)果表明：海河流域現(xiàn)狀水資源脆弱度為622，屬于較強(qiáng)脆弱。其中自然因素對水資源脆弱性的影響占286%，人為因素占276%，綜合因素占438% 。

海河流域水資源三級區(qū)中，山丘區(qū)水資源整體都處于中等脆弱區(qū)，而平原區(qū)水資源整體上處于較強(qiáng)脆弱區(qū)，見圖1。山區(qū)和平原地區(qū)的水資源脆弱度的主要影響因素不同。山區(qū)水資源脆弱度的影響因素中自然因素為主要因素，其次為綜合因素、人為因素；平原區(qū)則是綜合因素對水資源脆弱性的影響最高。山區(qū)中大清河山區(qū)自然因素影響比例為511%，而人為因素所占的比例僅為184%；永定河冊田水庫至三家店區(qū)間綜合因素影響所占比例為432%，在山區(qū)中比例最高；漳衛(wèi)河山區(qū)人為因素所占的比例達(dá)325% ，高于山區(qū)其他部分。平原地區(qū)中，北四河下游平原水資源脆弱度綜合因素的影響程度最高，為454%；人為因素影響程度最高的為漳衛(wèi)河平原，為321%；人為因素影響程度最低的水資源三級區(qū)為大清河淀西平原，為222% 。

4.2.2 未來情景下海河流域水資源脆弱性

為了更好應(yīng)對海河流域水資源日益緊缺的狀況，維持流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)生態(tài)的協(xié)同發(fā)展，根據(jù)現(xiàn)有的流域內(nèi)水資源狀況及氣候條件，設(shè)置了四種不同水量情景：2020水平年S11方案、S12方案，2030水平年S21方案、S22方案，以分析海河流域未來?xiàng)l件下，實(shí)施水資源調(diào)控措施對水資源系統(tǒng)脆弱性的影響。

未來的降雨等水循環(huán)要素數(shù)據(jù)依據(jù)國家氣候中心通過對20多個不同分辨率的全球氣候模式的模擬結(jié)果進(jìn)行插值降尺度計算，并對結(jié)果取平均進(jìn)行多模式集合的成果（國家氣候中心，2008）。

考慮海河流域現(xiàn)狀地下水開采與規(guī)劃壓采方案，結(jié)合南水北調(diào)工程通水規(guī)模變化的進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)增長對水資源的需求，設(shè)置不同水平年的地下水超采方案。設(shè)置2020年兩種情景如下：S11方案考慮地下水零超采，南水北調(diào)中線和東線引江水量分別為587億 m3和142億 m3，引黃水量為47億 m3；S12方案中氣候條件與S11相同，設(shè)置地下水零超采，無外調(diào)水。設(shè)置2030年兩種情景分別為：S21方案設(shè)置地下水零超采并回補(bǔ)地下水，無外調(diào)水；S22方案設(shè)置地下水零超采并回補(bǔ)地下水，南水北調(diào)中線和東線引江水量分別為862 億 m3、313億 m3 ，引黃水量512億 m3。其中南水北調(diào)水量根據(jù)南水北調(diào)規(guī)劃方案進(jìn)行設(shè)定。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測則依據(jù)現(xiàn)有海河流域地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，結(jié)合越來越嚴(yán)格的水資源管理措施及節(jié)水措施的提高進(jìn)行設(shè)定。海河流域各項(xiàng)用水定額已經(jīng)達(dá)到較高的節(jié)水水平，主要通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)更高水平的節(jié)水。在保證流域內(nèi)糧食生產(chǎn)及考慮人口增長因素的情況下，進(jìn)行設(shè)定各經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水指標(biāo)值。

從表2結(jié)果可以看出，在未來情景中，降水量有所增加，外調(diào)水量增加及控制地下水超采，降水集中程度較現(xiàn)狀年降低等條件會降低水資源脆弱性；而經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，對用水需求增加，又會增強(qiáng)流域水資源的脆弱性。在2020年的兩種方案對比下，引入外調(diào)水會較低水資源脆弱性，但是程度有限。2030年的兩個方案進(jìn)行對比也說明了這一點(diǎn)。將2030年方案與2020年方案進(jìn)行對比，控制流域內(nèi)地下水的開采，并逐步回補(bǔ)地下水能逐漸降低水資源的脆弱性程度。

評價指標(biāo)中跨流域調(diào)出水量占當(dāng)?shù)厮Y源量的比值、水資源開發(fā)利用程度為各指標(biāo)中權(quán)重最大的指標(biāo)，對地區(qū)水資源的脆弱程度影響比較大，但是對于海河流域沒有跨流域調(diào)出水量。根據(jù)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，未來10年內(nèi)的水資源開發(fā)利用程度不會有劇烈的變化，其對未來水資源脆弱度變化不會造成重要影響。其次就是年總?cè)胨亢湍杲邓畼O值比對流域水資源脆弱程度存在重要影響。在預(yù)測2020年無外流域調(diào)水引入的方案（S12）下，年降水極值比為218，但是保持其他條件的情況下年降水極值比達(dá)到28以上時，流域水資源脆弱度即達(dá)到強(qiáng)脆弱。同樣，保持其他條件時，年總?cè)胨啃∮?00 mm時流域水資源變?yōu)閺?qiáng)脆弱。說明本地區(qū)的水資源豐富程度依舊是地區(qū)水資源脆弱度的主要影響因素。

同時此次分析是基于海河流域的南水北調(diào)與引黃水量能充分保證的前提下進(jìn)行的，由此進(jìn)行的地下水壓采與回補(bǔ)分析也是在這個前提下進(jìn)行的。由于工程進(jìn)度與規(guī)劃的情況，及調(diào)水流域水文條件的變化，完全保證調(diào)水的水量和時間尚存在困難。但是海河流域由于人口及經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，近年來的氣候干旱又使得實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)的水資源自給自足缺乏現(xiàn)實(shí)條件。因此努力協(xié)調(diào)二者之間的矛盾是當(dāng)前需要解決的重要問題。需要積極協(xié)調(diào)流域之間調(diào)水，同時加快流域內(nèi)的節(jié)水進(jìn)度。

5 結(jié)論

本文根據(jù)水資源系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了水資源脆弱性的概念，以及水資源脆弱性的定量評價方法：從自然因素、人為因素、綜合因素三個方面構(gòu)建了區(qū)域水資源脆弱性評價的指標(biāo)體系，并開展海河流域現(xiàn)狀情景及未來情景預(yù)測的水資源脆弱性評價。結(jié)果表面海河流域現(xiàn)狀條件（1956年-2005年平均狀況）下的水資源處于中度脆弱，未來在人工開源措施的情境下流域水資源脆弱程度略微下降。但是未來?xiàng)l件下海河流域水資源脆弱程度仍然需要關(guān)注，加大力度的開源節(jié)流是必要措施。

實(shí)際研究中缺乏相關(guān)指標(biāo)對應(yīng)水資源脆弱程度的標(biāo)準(zhǔn)值劃定，因此本文中的計算依舊根據(jù)現(xiàn)有的研究經(jīng)驗(yàn)確定，需要更多對各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的精細(xì)研究。同時水資源系統(tǒng)與人類社會之間聯(lián)系的復(fù)雜性導(dǎo)致了描述的困難性，難以窮舉各個要素進(jìn)行描述，流域（區(qū)域）之間條件存在差異，因此制定統(tǒng)一的指標(biāo)體系及確定合理的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值依舊是水資源脆弱性研究的難點(diǎn)，需要更多研究的關(guān)注。

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氣候變化對地下水的影響范文第5篇

水，是九寨溝風(fēng)景的靈魂。這里的水清純潔凈、晶瑩剔透、色彩豐富，堪稱世界水景之王；但是，觀測資料顯示，自20世紀(jì)80年代以來，九寨溝景區(qū)湖泊的水位呈逐年下降趨勢，尤其是近年來，水位下降更為明顯。

九寨溝的水到哪里去了呢？中國氣象局成都高原氣象研究所和四川省氣象局的專家經(jīng)過一年多的研究，為人們揭開了九寨溝湖泊水位變“矮”之謎。

降水減少是主因

湖底出現(xiàn)裂縫，水滲漏了？人為擴(kuò)大湖泊出水口，流出的水量比原來增多了？湖泊內(nèi)的水蒸發(fā)加快，從而使水位降低？天上降水減少使得水位下降？這些都被認(rèn)為是可能導(dǎo)致九寨溝湖泊水位下降的原因。

九寨溝的水主要由地表水和地下水組成。地表水來自四周高山上的積雪，積雪融化后形成涓涓細(xì)流，最后匯成溪水，源源不斷地注入湖泊之中；地下水是地層滲出的水，在九寨溝的眾多湖泊中，人們已發(fā)現(xiàn)了許多泉眼，這些泉眼日夜不停地往外滲水，成為湖泊水源的重要組成部分。

根據(jù)九寨溝的水系和水源特征，人們對景區(qū)湖泊水位的下降做出了4種猜想：

其一，地下水的滲漏。有人認(rèn)為，很有可能是湖底的巖石結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了異常變化，比如出現(xiàn)了裂縫，水順著裂縫滲走了。

其二，湖泊流出的水量增大。比如人為擴(kuò)大了湖泊出水口，使得流出的水量比原來增多，導(dǎo)致了水位的下降。

其三，蒸發(fā)量加大。在全球氣候變暖的影響下，由于溫度升高，使得湖泊內(nèi)的水加快蒸發(fā)，從而導(dǎo)致水位降低。

其四，天上降水減少。由于雨雪補(bǔ)充不足，使得整個九寨溝的水資源日益匱乏，從而使湖泊內(nèi)的水量隨之減少，水位下降。

這4種說法似乎都有一定的道理；但哪一種說法更科學(xué)、合理呢？

對水位下降的4種設(shè)想，科學(xué)家們首先否定了第二種說法，因?yàn)榫耪瘻蠈賴壹夛L(fēng)景名勝區(qū)，景區(qū)內(nèi)的一草一木都是重點(diǎn)保護(hù)對象，人為擴(kuò)大湖泊出水口的情況不可能發(fā)生，湖泊流出的水量因此不會增大。

至于地下水滲漏之說，科學(xué)家們經(jīng)過實(shí)地勘察和研究，認(rèn)為湖底的巖石結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)固，不可能出現(xiàn)裂縫，地下水滲漏的可能性很小。

那么，會不會是蒸發(fā)的原因呢？在深入研究的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們對這個說法也予以了否定。因?yàn)?，九寨溝地區(qū)的氣溫雖然在20年間升高了0.11℃；但這一變化微不足道，對水位構(gòu)不成真正的威脅。

看來，引起九寨溝水量減少的原因只有一個，那就是天上降水的減少。

這種說法有何科學(xué)依據(jù)呢？

依據(jù)就是，九寨溝地區(qū)大氣降水減少的同時，湖泊水位也出現(xiàn)了下降，兩者呈正比例關(guān)系。

天上的降水，一部分在九寨溝四周的高山上形成積雪，融化的雪水形成九寨溝地面徑流的源泉；另一部分降水則直接以雨水的形式落到地面，補(bǔ)充地面徑流，或是滲入地下，形成豐富的地下水。因此，可以說大氣降水是九寨溝水資源的根本保障。

近幾十年來，九寨溝的大氣降水正呈逐年減少趨勢。

科學(xué)家們通過對九寨溝地區(qū)1959～2002年的氣象觀測資料進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，40多年來，該地區(qū)的大氣降水呈減少趨勢，而與之對應(yīng)的是，九寨溝景區(qū)湖泊的水位也出現(xiàn)了下降，兩者呈現(xiàn)正比例關(guān)系；尤其是在降水減少最多的7月，景區(qū)湖泊出現(xiàn)了不可思議的低水位現(xiàn)象。

據(jù)此，科學(xué)家們認(rèn)定，天上降水的減少正是九寨溝景區(qū)水量減少的直接原因。

大氣降水為什么少了

那么，是什么原因?qū)е铝司耪瘻仙峡盏拇髿饨邓疁p少呢？專家認(rèn)為有3個原因：

原因一：夏季風(fēng)異常變化，使得南來水汽向北輸送減弱，從而造成了景區(qū)水汽不足。

中國氣象局成都高原氣象研究所和四川省氣象局的專家們通過對九寨溝、黃龍地區(qū)多年的氣象觀測資料進(jìn)行分析研究后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致該地區(qū)大氣降水減少的罪魁禍?zhǔn)资窍募撅L(fēng)。

夏季風(fēng)，來自廣闊無垠的洋面，它就像一臺巨大的水泵，把水汽源源不斷地從海洋輸送到陸地。九寨溝、黃龍地區(qū)身處內(nèi)陸，低層的氣流難以直接到達(dá)，因此水汽輸送主要依靠夏季風(fēng)的巨大動力：冬春季節(jié)，該地區(qū)的水汽主要來源于中緯度偏西風(fēng)水汽輸送；夏秋季節(jié)，則主要來源于孟加拉灣、南海和西太平洋地區(qū)。專家指出，近幾十年來，夏季風(fēng)發(fā)生了異常變化，它吹向內(nèi)陸的北界時出現(xiàn)了偏差，使得南來水汽向北輸送減弱，從而造成了九寨溝、黃龍地區(qū)水汽不足，大氣降水因此減少。

但降水減少僅僅是這一原因造成的嗎？

原因二：大氣環(huán)流在景區(qū)形成了一座隆起的“高地”，冷空氣被迫繞道而行。

我們知道，大氣降水的產(chǎn)生離不開冷暖空氣的交匯，暖濕空氣如果沒有冷空氣的刺激，一般不會產(chǎn)生降水。因此從某種意義上說，來自北方的冷空氣猶如降水產(chǎn)生的“發(fā)動機(jī)”，它的頻頻南下是九寨溝、黃龍地區(qū)降水的重要因素。

過去，北方冷空氣長驅(qū)直入，年年如約而來，在九寨溝、黃龍地區(qū)與暖濕空氣融合，降下大量雨雪；但是近幾十年來，在巴爾喀什湖以東到貝加爾湖以南一線的高空環(huán)流發(fā)生了顯著變化，特別是在九寨溝、黃龍地區(qū)急需降水的7月，大氣環(huán)流在此形成了一座隆起的“高地”，冷空氣往往被迫繞道而行，從而使得到達(dá)當(dāng)?shù)氐睦淇諝鈩萘κ直∪?，無力與暖濕空氣抗衡，因而難以成云致雨。

除了氣候變化影響，人類活動對這里降水的減少有沒有直接關(guān)系呢？

原因三：人類過度用水。

20世紀(jì)80年代是九寨溝、黃龍景區(qū)及鄰近地區(qū)氣候發(fā)生顯著變化、降水減少的重要時期，這一時期也正是人們大量涌入景區(qū)的開始。因此，可以說在全球氣候變暖的背景下，人類活動的影響干擾了九寨溝、黃龍的局地氣候，加劇了區(qū)域氣候的變化，所以人類活動對該地區(qū)的降水減少有著不可推卸的責(zé)任。

此外，周邊生態(tài)環(huán)境的惡化也對九寨溝和黃龍地區(qū)的氣候變化產(chǎn)生了影響。

與這里直線距離不足200千米的若爾蓋、紅原是川西北最大的濕地。濕地對維持一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要作用。然而，自20世紀(jì)80年代以來，一方面，受全球氣候變暖、持續(xù)干旱等自然因素的影響；另一方面，由于過度放牧、在草地上濫采濫挖、過度用水等人為因素，濕地退化、草地沙化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這些對九寨溝、黃龍地區(qū)的氣候變化影響不小。

讓生命之水恢復(fù)如初

有專家預(yù)言，如果再不采取切實(shí)有效的措施補(bǔ)救氣候變化帶來的影響，九寨溝、黃龍地區(qū)的水資源還將繼續(xù)減少下去，總有一天，美麗的人間天堂將一去不復(fù)返。為此，研究人員建議采取以下措施應(yīng)對九寨溝和黃龍地區(qū)的水危機(jī)。

措施一：借助催化劑實(shí)施人工降水。

氣象專家提出，解決水資源減少最直接、有效的方式，可通過人力行為，借助碘化銀、液氮等催化劑，改變空中云的物理結(jié)構(gòu)，使之盡可能多地降水，從而達(dá)到增加該地區(qū)大氣降水的目的。近年來，阿壩州和九寨溝縣、松潘縣的氣象人員一直試圖通過人工降水的方式來增加九寨溝和黃龍地區(qū)的大氣降水。他們借助高炮、車載火箭等增雨設(shè)備，每年都在這里實(shí)施人工增雨作業(yè)。

措施二：建立常年人工增雨（雪）作業(yè)管理機(jī)制和業(yè)務(wù)體系。

措施三：建立水資源變化監(jiān)測系統(tǒng)。

人工增雨雖對改善當(dāng)?shù)亟邓闆r有所幫助，不過人工增雨只能緩解一時的水資源短缺，要想“治本”，還必須在九寨溝、黃龍景區(qū)建立水資源變化監(jiān)測系統(tǒng)，為科學(xué)研究保護(hù)措施提供觀測資料。

專家指出，應(yīng)在景區(qū)建立全方位的監(jiān)測系統(tǒng)：

一是對空中水資源進(jìn)行監(jiān)測，掌握空中水資源的變化情況，主要采用飛機(jī)裝載監(jiān)測設(shè)備，對空中水汽情況進(jìn)行監(jiān)測，或是采用GPS水汽觀測站和紅外線觀測設(shè)備，在地面建立對空中水資源的觀測。二是建立地面水資源觀測體系，隨時掌握和了解地面水資源的變化，主要在景區(qū)內(nèi)建立多個地面自動氣象觀測站，全面收集降水、溫度、風(fēng)向風(fēng)速等資料，同時建立水位、流量、徑流、雪線觀測站，對地面水資源情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。三是建立衛(wèi)星遙感監(jiān)測，借助衛(wèi)星的“千里眼”，與GIS地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，對景區(qū)水資源實(shí)施空中監(jiān)控。目前，四川省氣象局衛(wèi)星遙感監(jiān)測設(shè)備比較完善，已可以開展景區(qū)旅游水資源定點(diǎn)監(jiān)測的應(yīng)用研究。