準噶爾盆地南緣地下水環(huán)境演化及其可再生性研究.pdf

1、準噶爾盆地是西北四大內陸盆地之一，盆地中部古爾班通古特沙漠為我國第二大沙漠，著名的艾比湖是盆地最低排泄點。盆地南緣的天山北麓山前平原區(qū)，屬于國家西北三大開發(fā)區(qū)之一，然而該區(qū)地處內陸干旱地區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強烈，生態(tài)環(huán)境脆弱。區(qū)內地下水資源不僅是社會、經濟發(fā)展的重要物質基礎，又是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，而且還是地質環(huán)境系統(tǒng)的信息載體。 受氣候變化及人類活動的影響，區(qū)內地下水循環(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成了解決該區(qū)經濟、社會持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的關鍵，也為西北類似地區(qū)地下水可持續(xù)利用提供示范作用。 本文以準噶爾盆地南緣為研究區(qū)，以地下水系統(tǒng)理論為指導，以地下水循環(huán)條件變化為切入點，以地下水環(huán)境演化及地下水可再生性為主線，運用環(huán)境科學、系統(tǒng)科學、地下水水文學等學科的

3、基本理論，采用定性、定量相結合的手段，通過影響地下水狀態(tài)改變的自然、人為因素分析，從量與質兩方面揭示地下水環(huán)境演化過程及其發(fā)展趨勢。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)與周圍介質進行物質、能量與信息交換，導致地下水補給、排泄及徑流條件的改變，為此總結了準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)維持與調控及地質環(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； 二是地下水環(huán)境演化過程及其驅動力分析。以“狀態(tài)-驅動力-響應”研究為主線，從地下水狀態(tài)改變出發(fā)，以地下水位動態(tài)、地下水量動態(tài)、地下水質動態(tài)為環(huán)境要素，分析地

5、下水動力場、地下水化學場演化過程，探討地下水開發(fā)引發(fā)的地質生態(tài)環(huán)境負效應。從自然因素與人類活動兩方面，采用灰色關聯(lián)分析、主因子分析等方法，揭示了盆地地下水環(huán)境演化的驅動力，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，細土平原主要受人類活動影響； 三是地下水環(huán)境演化趨勢預測。以地下水位、地下水量、地下水質等地下水環(huán)境要素為例，分別采用人工神經網絡模型、數值模擬模型、指數平滑趨勢模型預測了地下水動力場、地下水水化學場的演化趨勢

6、。結果表明，地下水位在不同水文地質單元呈現下降或上升等趨勢；地下水質無論礦化度還是硝酸根離子含量均呈上升趨勢； 四是地下水可再生性評價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給與調蓄、更新與恢復能力；地下水可再生性表現為周期性、可變性、有限性、復合性等特征；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、人類其他工程建設活動等人為因素。由此建

7、立了天然補給可用率、回歸補給率、調蓄系數、補采平衡率、地下水貯留時間、導水系數6項指標組成的地下水可再生性評價指標體系；以地下水系統(tǒng)構造評價單元，通過層次分析法確定指標權重，在探討評價標準基礎上，運用綜合指數模型和模糊綜合評判模型進行評價。評價結果表明，山間洼地、河流上游河谷地帶地下水可再生性指數>0.4，具有很強的地下水可再生能力，沙漠邊緣地下水可再生性指數<0.01，地下水可再生能力最弱，細土平原地下水可再生性指數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控技術研究。 首先，選取盆地南緣瑪納斯流域為典型流域，通過山間洼地地下水庫與山前平原地下水庫“兩庫”聯(lián)合調蓄的數值模擬，估算了山間洼地地下水庫與山前平原地下水庫的最大調蓄庫容分別為14.62×108m3和6.01×108m3，合計20.63×108m3。并計算了“兩庫”地下水的更新速率分別為24.89a和133.07a； 其次，以烏魯木齊河流域烏拉泊洼地的西山應