半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與綜合評價研究——以陜西省涇惠渠灌區(qū)為例.pdf

1、灌區(qū)是人類水事活動相對較為密集的區(qū)域，特別是渠井并舉的半干旱地區(qū)大型灌區(qū)，地表水和地下水的循環(huán)與轉化深深受到人類水事活動的影響，加之人類其它經(jīng)濟活動的影響，大型灌區(qū)近年來日益出現(xiàn)了一系列的水文生態(tài)問題。如涇惠渠灌區(qū)，在上世紀80年代初期及以前，灌區(qū)水文生態(tài)還處于良好狀態(tài)。90年代以來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，用水量劇增，加之區(qū)域降水量、涇河來水量銳減以及灌區(qū)水價制度和管理體制的不盡完善，地下水被大量開采。由于地下水的嚴重超采，地下水位大

2、面積大幅度下降，降落漏斗面積不斷擴大，進而誘發(fā)了地面沉降、地裂縫、水質惡化、糧食減產(chǎn)、土壤污染、土壤肥力減退等一系列水文生態(tài)問題。
　　這不僅嚴重制約著半干旱地區(qū)大型灌區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，而且對水資源安全、糧食安全和生態(tài)安全構成了嚴重威脅。
　　然而，目前灌區(qū)水文生態(tài)監(jiān)測手段還依然停留在人工手工監(jiān)測的落后局面，而且也僅限于地下水位、渠道水量、降水等少數(shù)因子，甚至不監(jiān)測。如涇惠渠灌區(qū)1952年就開始了地下水人工觀測，但目前

3、觀測井基本報廢，觀測已停多年了。因此，面對半干旱地區(qū)大型灌區(qū)日益嚴重的水文生態(tài)問題，基于計算機、GIS和RS等先進技術，進行半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與綜合評價研究，為水文生態(tài)耦合提供數(shù)據(jù)獲取和綜合分析的理論框架與技術支撐，具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
　　本文在全面系統(tǒng)地總結了水文生態(tài)系統(tǒng)研究已有成果的基礎上，從半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)的結構、特征和存在的主要問題出發(fā)，深入研究了半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)

4、動態(tài)監(jiān)測方法體系、監(jiān)測指標體系和空間數(shù)據(jù)庫，初步構建了集“自動化動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡-衛(wèi)星遙感監(jiān)測-社會經(jīng)濟調(diào)查-野外實驗”于一體的全方位動態(tài)監(jiān)測方法體系，確定了科學合理的監(jiān)測指標體系，建立了基于GeoDatabase模型的空間數(shù)據(jù)庫，并針對涇惠渠灌區(qū)，具體設計實現(xiàn)了“涇惠渠灌區(qū)主要水文生態(tài)因子自動化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”。最后在水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫基礎上，開展了水文生態(tài)系統(tǒng)質量綜合評價研究，并以涇惠渠灌區(qū)為例進行實例分析。總體來說，論文主要

5、取得了以下研究成果：
　　(1)系統(tǒng)論述了半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測的概念、內(nèi)容、目的和監(jiān)測方法體系，給出了半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測的總體框架結構，構建了集“自動化動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡-衛(wèi)星遙感監(jiān)測-社會經(jīng)濟調(diào)查-野外試驗”于一體的全方位監(jiān)測方法體系，并對“自動化動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡”和“衛(wèi)星遙感監(jiān)測”進行了詳細設計。
　　(2)詳細分析了半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)所涉及的要素數(shù)據(jù)，在此基礎上，構建了由2層61

6、項指標組成的半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測指標體系。
　　(3)對半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)所涉及的要素數(shù)據(jù)進行了詳細的分類，在此基礎上，基于GeoDatabase數(shù)據(jù)模型，建立了適合半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測的空間數(shù)據(jù)庫模型，并設計實現(xiàn)了水文生態(tài)系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫。
　　(4)具體設計實現(xiàn)了“涇惠渠灌區(qū)主要水文生態(tài)因子自動化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”，系統(tǒng)能夠遠程實時監(jiān)測地下水、土壤水和渠系水的動態(tài)變化，系統(tǒng)技術先

7、進、架構合理、界面友好、操作簡潔，解決了灌區(qū)水文生態(tài)因子人工觀測精度低、實時性差、效率低的難題，具有較大的推廣應用價值。
　　(5)詳細分析研究了相關領域指標體系構建方法與模型、權重確定方法與模型、綜合評判方法與模型，在此基礎上構建了適合于半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)質量綜合評價的“分析法-層次分析法-基于隸屬度的Hardarmard乘積變權模型-兩級模糊綜合評判法”的復合優(yōu)化方法與模型。
　　(6)系統(tǒng)分析了影響半干旱地

8、區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)質量的主要因素，在此基礎之上，嘗試建立了半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)質量綜合評價指標體系，并以現(xiàn)有的法律法規(guī)為基礎，集成部分針對西部半干旱地區(qū)水資源、生態(tài)、環(huán)境等的研究成果，結合涇惠渠灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)的實際，界定了適合于該灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的水文生態(tài)系統(tǒng)質量評價標準。
　　(7)以本文建立的復合優(yōu)化方法與模型，對涇惠渠灌區(qū)2000年、2005年、2010年3年的水文生態(tài)系統(tǒng)質量進行了綜合評價與分析，