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《长安大学》 2015年
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渭河流域地下水对气候变化的响应研究

李琦  
【摘要】:工业革命以来,人类活动对气候产生了前所未有的影响,同时气候变化对水资源的影响也日益凸显。气候变化通过气温、降水和蒸发量的改变影响地下水,尤其对浅层地下水影响极大。地下水作为水资源的重要组成部分,也是城市生活供水水源之一,是干旱半干旱地区赖以生存的重要淡水来源,研究干旱半干旱地区地下水对气候变化的响应意义重大。本文以地处干旱半干旱地区的渭河流域作为研究对象,研究其地下水系统受气候变化的影响。流域尺度地下水对气候变化的响应研究,对于合理开发利用地下水资源,解决因气候变化可能引起的与流域内工农业发展及城镇居民生活等各个领域密切相关的地下水资源问题具有重要的理论意义和现实意义。本文在―渭河流域地下水对气候变化响应机制研究(20100205110007)‖项目的资助下,以―降水(蒸发)—地下水水文要素变化‖转化机理研究为主线,广泛收集渭河流域已有地质地貌、水文地质和气象资料,以统计学和数值仿真模拟方法,分析气候要素及地下水变化,解析地下水对气候变化的各种响应关系;探究气候各要素(如气温、降水、蒸发等要素)对地下水动态的影响特征,对气候变化过程中地下水水位埋深、水温等方面的变化展开研究;建立流域尺度地下水对气候变化响应的动力学模型,定量模拟区内气候变化对地下水水文要素的影响。主要研究成果如下:(1)该区1961~2013年气温总体呈上升趋势,50年升温0.87℃。冬、秋季增温趋势较缓,春、夏季较大;1994~2007年升温近2℃。气温变化存在22~25年、29~32年的中长尺度周期变化。2013年以后气温将呈现出升高的趋势。降水阶段性波动较大,总体呈现先降后稳再升的变化趋势。其变化具有3~4年、6~10年、25年三个时间尺度周期变化。蒸发量总体呈现出缓慢上升的变化趋势,存在15~20年和28年两个时间尺度变化周期。(2)研究区与全球气温变化趋势基本一致,增温幅度大于全球,冷暖交替较全球滞后。降水变化趋势与全球正好相反,降水量呈现出总体下降的趋势。(3)近30年来研究区地下水水位总体呈下降趋势,水位下降幅度存在较大时空差异性。流域甘肃段水位降幅较小,陕西段降幅较大。地下水位下降速率最快的地貌为山前黄土台塬区,最慢的为洪积平原区,洪积扇区下降速率居中。地下水温年内变化幅度较大,最大温差达4~8℃,与气温变化趋势无明显关联性。(4)自1984年以来,地下水水化学类型日益复杂,从8种类型增加到13类;在HCO3和HCO3·Cl型基础上增加了HCO3·SO4型和SO4型,TDS浓度呈上升的趋势。(5)1982~2008年,地下水水位下降导致的地下水存储量减少了0.23~0.3亿立方米。其中,因降水量减少导致地下水存储量减少了0.15~0.2亿立方米。冲积平原区地下水存储量减少量占总量的50%以上。(6)关中4地市中西安、咸阳、渭南地下水开采量对地下水水位埋深的影响程度大于降水量。宝鸡降水量是影响全市地下水位埋深的主导因素,地下水开采量对地下水水位埋深的影响次之。(7)2014~2099年渭河流域降水量总体呈上升趋势,降水量为605.8~749.25mm。在1PTO2X、1PTO4X和COMMIT等7种情景模式下,地下水位总体呈上升趋势。冲洪积扇区上升1.5~15m,低阶地区上升2~6m,黄土台塬区上升1.9~5m。(8)在极端干旱即降雨量连续5年为240mm和375.4mm时,地下水位降幅明显,其中,漆水河东侧降幅10~20m,最大25m,漆水河西侧降幅10~15m最大35m;低阶地水位降幅较小。
【关键词】:渭河流域 地下水 气候变化 情景模式 预测
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P641.8;P467
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-12
  • 第一章 绪论12-23
  • 1.1 选题依据及研究意义12-13
  • 1.2 国内外研究现状13-18
  • 1.2.1 全球气候变化规律13-14
  • 1.2.2 气候变化对地下水环境的影响研究14-17
  • 1.2.3 渭河流域地下水对气候变化的响应。17-18
  • 1.2.4 面临问题与研究趋势18
  • 1.3 研究目的和主要研究内容18-19
  • 1.3.1 研究目的18-19
  • 1.3.2 主要研究内容19
  • 1.4 研究方法与技术路线19-22
  • 1.4.1 研究方法19-20
  • 1.4.2 技术路线20-22
  • 1.5 创新点22-23
  • 第二章 渭河流域“三水”转化关系23-49
  • 2.1 地下水形成的自然条件23-33
  • 2.1.1 地形地貌23-27
  • 2.1.2 气象条件27-28
  • 2.1.3 水文条件28-30
  • 2.1.4 地质条件30-33
  • 2.2 渭河流域水文地质条件33-42
  • 2.2.1 地下水系统33-35
  • 2.2.2 地下水含水岩组的类型35-38
  • 2.2.3 地下水补、径、排条件38-41
  • 2.2.4 水化学条件41-42
  • 2.3 渭河流域―三水‖转化关系42-49
  • 2.3.1 ―三水‖之间内在联系42-43
  • 2.3.2 河流和地下水之间关系43-46
  • 2.3.3 渭河流域―三水‖转化模式46-49
  • 第三章 渭河流域近50年气候变化特征49-69
  • 3.1 渭河流域气候概况49-50
  • 3.2 渭河流域气候变化特征50-61
  • 3.2.1 气温变化特征51-55
  • 3.2.2 降水变化特征55-59
  • 3.2.3 蒸发变化特征59-61
  • 3.3 渭河流域气候变化与全球气候变化之间的关系61-66
  • 3.3.1 气温变化特征61-65
  • 3.3.2 降水变化规律65-66
  • 3.4 渭河流域气候变化趋势分析66-69
  • 3.4.1 降水变化趋势分析66-67
  • 3.4.2 气温变化趋势分析67-68
  • 3.4.3 蒸发量变化趋势分析68-69
  • 第四章 近30年渭河流域气候变化对地下水的影响分析69-97
  • 4.1 地下水位变化69-78
  • 4.1.1 地下水位时域变化特征69-71
  • 4.1.2 地下水位空间变化特征71-78
  • 4.2 地下水水质变化78-81
  • 4.2.1 空间变化特征79-80
  • 4.2.2 时域变化特征80-81
  • 4.3 地下水水温变化81-83
  • 4.4 地下水储存量变化83-85
  • 4.4.1 地下水存储量时域变化特征83
  • 4.4.2 地下水存储量空间变化特征83-85
  • 4.5 地下水变化引起的生态环境变化85-88
  • 4.5.1 地下水位下降引起的生态环境问题85-86
  • 4.5.2 河川基流变化86-88
  • 4.6 近30年来地下水变化驱动力分析88-97
  • 4.6.1 内因驱动89
  • 4.6.2 外因驱动89-91
  • 4.6.3 地下水位变化的影响因素解析91-97
  • 第五章 气候变化对地下水影响的预测分析97-122
  • 5.1 地下水预测模型97-101
  • 5.1.1 区域地下水形成演化的概念模型97-99
  • 5.1.2 区域地下水形成演化的数学模型99-101
  • 5.2 不同气候情景下渭河流域地下水变化趋势分析101-115
  • 5.2.1 全球气候模式筛选及降水量预测101-106
  • 5.2.2 基于不同情景的地下水数值模型106-115
  • 5.3 极端气候条件下的地下水位变化预测115-122
  • 5.3.1 特枯年地下水位预测116-118
  • 5.3.2 枯水年地下水位预测118-122
  • 第六章 应对气候变化的对策和措施122-128
  • 6.1 加大雨洪调蓄工程建设122
  • 6.2 多措并举落实节水措施122-123
  • 6.3 强化水污染防治123-124
  • 6.4 着力水资源联合调度124-125
  • 6.5 完善地下水资源保护机制125-126
  • 6.6 建立后备水源地126-128
  • 结论128-129
  • 参考文献129-139
  • 攻读学位期间取得的研究成果139-140
  • 致谢140

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