多元統(tǒng)計(jì)方法與隨機(jī)理論在銀川平原地下水研究中的應(yīng)用.pdf

1、地下水資源是干旱區(qū)人工灌溉平原生存與發(fā)展的重要水源。然而隨著人口的快速增長和社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對水資源的需求量急劇增加；加之不合理開采和灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展，引發(fā)了一系列水資源與水環(huán)境問題。本文以典型干旱區(qū)灌溉平原-銀川平原為研究對象，以地下水位變化和地下水水化學(xué)演化為線索，綜合運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、水文地質(zhì)學(xué)、水文地球化學(xué)等學(xué)科理論，結(jié)合銀川平原水文地質(zhì)背景、地下水補(bǔ)徑排特點(diǎn)、地下水化學(xué)類型特征及地下水空間賦存環(huán)境特征，應(yīng)用半變異函數(shù)理論分析不同

2、含水層滲透系數(shù)的空間變異特征，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)方法確定地下水水質(zhì)演化特征和影響因素，應(yīng)用隨機(jī)理論預(yù)測地下水位和水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢，運(yùn)用水文地球化學(xué)模擬對研究區(qū)潛水和承壓水水化學(xué)成分的形成模式進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究區(qū)潛水含水層滲透系數(shù)呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布，中等變異性。而承壓水含水層滲透系數(shù)變異程度明顯小于潛水含水層，呈現(xiàn)微弱正偏態(tài)較平坦正態(tài)分布。潛水含水層和承壓水含水層的最優(yōu)擬合模型分別為球狀模型和指數(shù)模型，空間相關(guān)性分

3、別為0.582和0.518，顯示研究區(qū)各含水層滲透系數(shù)具有中等的空間相關(guān)性。各含水層的擬合模型塊金值C0均大于0，說明其連續(xù)性較差，且潛水明顯劣于承壓水。⑵應(yīng)用因子分析法對黃河西岸潛水水樣分析結(jié)果進(jìn)行分析，基于特征值大于1，提取4個(gè)主因子，共占原始數(shù)據(jù)總方差的82.7％。其中第一主因子代表蒸發(fā)濃縮作用；第二主因子代表生活聚集區(qū)糞便污染及人類活動(dòng)的影響；第三主因子代表承壓水與潛水的混合作用；第四主因子代表脫碳酸作用。⑶對于研究區(qū)承壓水水樣

4、，應(yīng)用因子分析法提取了4個(gè)主因子，共占原始數(shù)據(jù)總方差的85.58%。其中主因子1為巖鹽、斜長石、芒硝和石膏的溶解作用，主因子2反映了潛水與承壓水的混合作用，主因子3為人類開采活動(dòng)的影響，主因子4為含氟離子礦物的溶解。⑷應(yīng)用聚類分析法將黃河西岸潛水水樣分為三類：A、B和 C。其中 A類廣泛分布于研究區(qū)黃河西岸，主要離子為Na+、Ca2+和HCO3-，水化學(xué)類型主要為HCO3-Na、HCO3-Mg、HCO3-Ca和HCO3-Mg·Na·Ca

5、；主要離子和TDS具有最低的平均濃度，顯示良好的水質(zhì)。B類主要分布于石嘴山市西側(cè)的沖洪積扇和銀川市區(qū)，主要離子為Mg2+、HCO3-和SO42-，占主導(dǎo)地位的水化學(xué)類型為HCO3-Mg和SO4·HCO3-Mg·Ca·Na。C類主要分布于徑流區(qū)下游的石嘴山市區(qū)域，在銀川市西部山前人類居住區(qū)也有零星分布，主要離子為Na+、SO42-和Cl-，占主導(dǎo)地位的水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na；主要離子和TDS具有最高的平均濃度，水質(zhì)差。⑸對研究區(qū)承

6、壓水水樣應(yīng)用聚類分析法劃分為兩類：A和B。A類廣泛分布于研究區(qū)，代表承壓水未受污染的狀態(tài)，離子濃度低，顯示水樣水質(zhì)較好；主要離子為Na+、Mg2+和HCO3-，水化學(xué)類型主要為HCO3-Na、HCO3-Mg和HCO3-Na·Mg。B類位于石嘴山山前傾斜平原和銀川地區(qū)，均為人口聚集區(qū)；這些水樣的主要離子和 TDS較高，顯示水樣水質(zhì)較差，水化學(xué)類型分別為HCO3-Na、Cl-Na和SO4-Ca。⑹根據(jù)1991-2010年銀川地區(qū)漏斗區(qū)潛水和

7、承壓水特征點(diǎn)水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料，應(yīng)用馬爾科夫鏈計(jì)算的2011和2012年豐水期與枯水期地下水位同實(shí)測水位對比，發(fā)現(xiàn)二者基本吻合，水位差值分別為承壓水C22-0.68-0.99 m和潛水S22-0.07-0.08 m；模擬的相對誤差為C22-0.06%-0.09%，S22-0.006%-0.007%，表明模擬水位與實(shí)際監(jiān)測值相一致。⑺針對多元統(tǒng)計(jì)分析得出的影響研究區(qū)潛水和承壓水水質(zhì)變化的水化學(xué)作用，分別選取相應(yīng)模擬路徑進(jìn)行模擬分析。區(qū)內(nèi)潛水

8、水化學(xué)成分變化在中部和南部具有不同的特征。中部銀川地區(qū)主要包括巖鹽、石膏等礦物的溶解和方解石的沉淀，使水化學(xué)類型從HCO3-Mg演變?yōu)镾O4·HCO3-Mg型水，表現(xiàn)出徑流過程中水化學(xué)類型由簡單到復(fù)雜。南部青銅峽地區(qū)在徑流過程中接受黃河灌溉水補(bǔ)給，地下水補(bǔ)徑排模式發(fā)生改變。主要發(fā)生了石膏、巖鹽、鈉長石、白云石和鉀長石的溶解，以及方解石、玉髓和高嶺石的沉淀，使下游 TDS減少，但其水化學(xué)類型變化不大，分別 HCO3·SO4-Mg·Na·C