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氣候變化對地下水的影響范文1
關鍵詞: 地下水，可持續；開采量；功能；關系
中圖分類號： TD8 文獻標識碼： A
前言
隨著我國水資源的日益枯竭，地下水的合理開采是針對我國水資源枯竭的最主要的途徑。但是，目前我國地下水的可持續開采量與地下水功能評價之間還存在一些問題，這就要求相關部門要加強對其的研究。
一、 理念基礎的關聯
“可持續開采量”(Sustainable Yield) 是指具有一定補給來源和儲存能力的地下水系統, 在遵循自然水循環規律和地下水流動原理(如水量均衡)的基礎上, 不超過多年平均補給量且保證地下水系統能夠及時達到新的平衡條件下的可開采量, 它不擠占維持生態和地質環境穩定所需的水量。它的實質是在生態與環境承載力允許的條件下可以永續開采的地下水量, 其可開采量在經濟、技術合理理念下進一步突出了生態和環境保護的目標, 強調在生態和地質環境友好模式下的地下水可利用量。
“地下水功能”(Groundwater Function) 是指地下水的質和量及其在空間、時間上的變化對人類社會和環境所產生的作用或效應, 主要包括地下水的資源供給功能( 簡稱資源功能)、生態環境維持功能( 簡稱生態功能) 和地質環境穩定功能( 簡稱地質環境功能), 它們共存于由水量、水質、水動力流場和含水介質體( 地層) 耦合構成的地下水系統中, 彼此依存, 相互制約, 任一功能被過度強化(利用)都會引起其他功能的回應變化。地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能是統一的有機整體, 它們各自的承載力有限, 具有區位特征, 它們的綜合可利用性也是有限的, 不僅與地下水系統的埋藏條件、補給、徑流、排泄條件密切相關, 還與當地的降水、蒸發、地形地貌和地質構造控水狀況有密切的關系。
地下水的資源功能( Groundwater Resource-function, 記作 B1)是指具備一定的補給、儲存和更新條件的地下水資源的供給保障作用或效應, 具有相對獨立、穩定的補給源和水的供給保障能力。地下水的生態功能(Groundwater Ecological Function, 記作B2) 是指地下水系統對陸表植被、湖泊、濕地或土地質量良性維持的作用或效應, 如果地下水系統發生變化, 則生態環境出現回應的改變。地下水的地質環境功能(Groundwater Geologic Environment Function,記作 B3) 是指地下水系統對其所賦存的地質環境的穩定性具有支撐和保護的作用或效應, 如果地下水系統發生變化, 則地質環境出現回應的改變。
無論是地下水可持續開采量, 還是地下水功能評價, 都是試圖針對由于區域地下水位不斷下降引發的生態和地質環境問題, 尋求一種規范人們開發利用地下水行為的科學依據, 使人類活動更符合自然規律, 達到提高生產、生活用水過程中保障生態和地質環境安全的能力, 出發點完全一致。從圖 1 可以看出,
地下水可持續開采量和地下水功能評價的主體是相同的, 都處于氣候變化和生產、生活及生態耗水的影響圈層之下, 面對如何實現地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能在和諧條件下的可持續利用, 同時它們都力求實現人類活動與地下水功能狀態之間和諧友好。在這一系統中, 氣候變化是不可調控的變量, 它不僅影響一個地區地下水的補給量, 還影響人類的用水強度和規模
( 圖 2)。
用于生產和生活的開采量是影響地下水功能狀態的人為驅動因素, 是地下水可持續開采量評價的主研要素和地下水功能評價的核心因子之一,是和諧理念下人為可調控的主要量。
在圖1 中, B1、B2和 B3區是地下水各功能的可持續開發利用限域, Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ區是兩功能彼此制約區, 不宜長期開發利用, 需要根據氣候變化情況適宜調控利用, 特別是在連年枯水時更需要謹慎對待, 確保后期具有足夠的修復能力或條件。圖 1 中的 SOS區是 3 個功能相互制約、最為脆弱的區, 在理論上是不適宜開采、不可持續開發利用的限域, 必須嚴格禁止大規模的開發利用。在這 3 類區中, 客觀上都存在理論的地下水可持續開采量, 其中 B 類區是地下水資源功能的主導利用區, 在兩功能彼此制約區(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類)中則需要關注開采地下水與生態功能和地質環境功能的關聯程度。對于那些對開采地下水回應極為敏感、變化強烈的生態主導功能區或地質環境主導功能區, 必需優先考慮生態或地質環境安全的目標, 確定地下水的可持續開采量。這其中, 必須明確生態或地質環境安全需水的閾值及其可調控性和可自恢復的能力, 不宜簡單地通過水量均衡方法確定開采量閾值。在 SOS 區, 必需嚴格限制大規模開采地下水, 明確開采強度控制的時空閾值。
由此可見, 地下水可持續開采量的合理確定是實現地下水功能評價目標的必要條件, 地下水功能評價是合理確定地下水可持續開采量的充分條件。沒有符合實際的地下水可持續開采量指標指導地下水的開發利用, 難以實現地下水功能評價的目標; 沒有地下水功能評價的成果作為基礎, 也難以得到符合客觀狀況的地下水可持續開采量的閾值。
如果僅從地下水系統水量均衡的角度考慮, 以往地下水資源評價的結果應該是可持續的, 但是事實上卻出現了許多與開采地下水有關的生態或地質環境問題。即使嚴格按可開采量約束也會如此。問題出現在理念上, 在確定可開采量時沒有從流域尺度充分考慮地下水的生態功能和地質環境功能對水的占有, 也沒有充分考慮河道長期干涸和地下水位持續下降對地下水補給狀況影響的量化計入,所以難免出現以消耗地下水儲存資源、犧牲環境為代價的開發利用情況。因此, 地下水評價的指導思想、理念和方法都需要進一步完善, 切實融入人與自然和諧思想的精髓。這樣, 才有可能充分發揮地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能的最佳效益,真正實現地下水可持續開采的宗旨。
二、 評價原則的關聯
任何地下水可持續開采量的評價都需要遵循以下原則:
（一）以流域或區域水循環規律和地下水系統水量均衡的原理為基礎;
（二）確保地下水系統能夠在均衡期內及時達到新的水量平衡;
（三）以合理確定生態與環境用水約束作為地下水可持續開采量評價的重要前提;
（四）在考慮經濟、社會、水利工程等諸多影響因素之間的平衡和優化時, 重視生態、環境和地下水更新能力對可持續開采量的必然約束, 規范用水行為, 使其進一步遵循自然規律。
地下水功能評價遵循下列原則:
（一）立足于地下水的自然屬性, 兼顧長期人為因素影響下的社會屬性, 重視前期資料和成果的利用。
（二）以人與自然和諧、社會可持續發展為根本目標。
（三）以水循環規律作為基礎, 流域尺度地下水系統為評價的主體, 重點評價地下水各功能的區位特征和主要屬性。
（四）盡可能實現多目標保護、多功能互補和綜合發揮作用。
從上述評價原則不難看出, 地下水可持續開采量及其功能評價都是以遵循流域水循環規律為基礎, 以完整的地下水系統作為評價對象, 突出人與自然和諧、可持續、多目標保護和綜合效益最佳的原則,主研變量都是地下水位、補給、徑流、儲存和排泄涉及的各源匯項狀態, 其中開采量、蓄變量與地下水位埋深之間的關系及其生態、地質環境效應是核心內容。
四、 評價機制的關聯
這里的評價機制是指地下水可持續開采量或功能評價的原理、過程和技術方法的集合, 包括如何確定評價對象和評價尺度, 如何進行評價分區、遴選評價因子、處理各個指標, 如何分析、評判各因子或評價對象(指標)的狀況及其變化趨勢。
地下水可持續開采量評價, 首先是查明評價區地下水循環系統的完整性, 將流域地下水系統進行分區。然后, 以當地中長時間尺度的氣候變化周期作為主要依據, 同時充分考慮人類活動對地下水補給條件的影響強度和變化規律, 確定地下水均衡期的時限。第三步, 確定地下水系統及各分區水量均衡的所有源、匯項, 建立相應的數據庫, 求取地下水系統及各分區的凈補給量( 即自然條件下儲存資源的增量, 它不包括均衡期內流出、越流和蒸發蒸騰所消耗的水量), 并將該凈補給量和相關數據作為確定流域和各分區地下水可持續開采量的基礎數據( 圖3 中實線) 。最后, 根據查明的生態與環境約束條件, 確定各分區及流域的地下水可持續開采量( 圖3 中實線之下的區域), 評價地下水開采量狀況及趨勢(圖 3 中虛線)。
地下水功能評價, 首先是查明流域尺度地下水循環系統的完整性及其分區特征, 以及各分區地下水位的變化與植被、湖泊濕地、土地荒漠化和鹽漬化、地面沉降等之間的關聯性。然后, 根據地下水循環規律、埋藏、補徑排條件及與生態和地質環境之間的關聯性, 進行評價分區和單元剖分, 構建評價指標體系( 圖 4)。
第三步, 應用“地下水功能綜合分析系統”(GFS, Groundwater Function Synthetic- evaluatic
System)①, 分析計算各剖分單元的屬性、各功能的狀況、綜合可持續性評價指數, 再應用 MAPGIS 或其他軟件, 繪制 GFS計算結果的等值線分布圖或分區圖。最后, 野外校驗后, 通過地下水功能區劃, 闡明各分區的優勢功能和脆弱功能, 確定各分區地下水的主導功能, 求算各分區生態、地質環境所需的最低水量,提出合理的地下水開發利用和生態環境保護方案。
地下水功能評價結果的分級和標準如表 1 所示。
表一
對于地下水的綜合并且可持續性的評價結果可以分為可持續性強和可持續性較強以及可持續性一般；可持續性較弱和可持續性弱 5 級, 它們是地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能相互作用、相互制約耦合的綜合狀況。地下水功能評價中包括 10 個屬性, 其中資源功能中有資源占有性、資源再生性、資源調節性、資源可用性, 生態功能中有景觀環境維持性、水環境關聯性、植被環境維持性、土地環境關聯性, 地質環境功能中有地質環境穩定性和地下水系統衰變性。
據以上的分析可以看出, 地下水的可持續開采量和地下水功能的評價機制之間有著密切的聯系。缺少地下水功能評價作為基礎, 地下水可持續開采量評價就難以獲取有針對性地保護生態或地質環境的地下水可持續開采量評價閾值。因為從流域的地下水系統來看, 上、中、下游不同分區的地下水主導功能是各不相同的。
結語
綜上所述，地下水可持續開采量與地下水功能評價之間的關系具有相對的復雜性和系統性。加強對于地下水可持續開采量的研究以及地下水功能的研究有利于我國水資源的可持續發展。
參考文獻
[1]包文艷. 地下水可持續開采量評價方法綜述[J].黑龍江科技信息，2013,(01).
氣候變化對地下水的影響范文2
關鍵詞：土地利用/覆蓋變化;水資源;渭干河-庫車河三角洲綠洲;氣候變化
中圖分類號：S181.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）23-5716-08
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.23.024
水資源危機是影響人類生存和地球環境的主要問題之一，也是當前社會面臨的主要問題。氣候和土地利用變化是影響水資源配置和水環境狀況的主要原因[1-7]。IPCC第四次全球氣候評估報告指出：1906～2005年全球地表溫度的線性趨勢為0.74 ℃，預計到2100年，全球平均氣溫將上升1.1～6.4 ℃。以全球變暖為主的氣候變化已成為當前世界最重要的環境問題之一[8]。全球大幅度氣候變暖會引起水資源在時空上的重新分配，表現在局地降水、蒸發和徑流等的變化，且這種改變在各個地區各不相同。如果氣候變化引起了干旱和缺水地區水資源量減少，那么由此帶來的影響就會更嚴重一些[9-11]。近幾十年來各國專家學者就氣候變化對水文水資源的影響開展了大量研究工作并取得了一些重要成果。研究結果表明，未來水資源變化存在很大的區域性，有些地區未來水資源呈增加趨勢，有些呈減少趨勢，而有些則變化不大，而且都存在較大季節差異性[12-16]。氣候變化主要表現為流域氣溫和降水量變化，從而影響流域產流量[17-18]。一些研究也表明，流域產流量與植被覆蓋類型和覆蓋度及氣候條件緊密相關，同時，土地利用/覆蓋變化（LUCC）將對流域水資源狀況也產生重大影響[19-21]，主要表現在土壤質量和地表徑流等方面[22，23]。目前，人類面臨的許多環境問題都與LUCC有關。LUCC對區域環境的影響主要包括對生態環境安全、水文變化和土地退化等方面的影響[24-26]，土地利用格局的空間異質性反映了土地生態過程的作用結果，土地利用格局受到自然環境的限制與人類活動的干預而發生變化[27]。
另外，綠洲是干旱區的一種特有生態地理景觀，水資源是綠洲流域中下游經濟發展和生態環境平衡的紐帶。然而，由于氣候變化和人類活動的共同影響，引發了綠洲河道下泄、水量銳減、土壤沙漠化和鹽堿化面積迅速增加、植被退化等許多問題[28]。水資源作為影響綠洲的關鍵因素，它的數量和分布直接影響著荒漠化和綠洲化的進程，是干旱區最為活躍的自然因素，對土地開發利用起著決定性作用[29]。
隨著西部大開發戰略的實施，渭干河-庫車河三角洲綠洲將進入大規模的開發和建設新時期，其在南疆的輻射作用和戰略地位更加突出，而人口與環境、經濟與發展都對該綠洲的水資源開發利用提出了更高的要求。渭干河流域地處天山南坡，降水稀少，中游人類生產生活用水主要依賴于山區降水，該流域主要的經濟基礎為綠洲農業。因此開展該區域氣候和土地利用/覆蓋變化對水資源的影響研究，對合理調整土地利用格局，涵養水源，促進經濟可持續發展具有重要的意義。本研究試圖通過分析渭干河-庫車河三角洲綠洲氣候和土地利用/覆蓋變化來對水資源的影響開展研究，深入了解干旱區內陸河流域土地利用結構與生態過程及人類活動之間的關系，從而為該地區水資源可持續利用與發展提供重要的科學依據。
1 研究區域與研究方法
1.1 研究區概況
渭干河-庫車河三角洲綠洲（以下簡稱渭-庫綠洲）位于天山南麓，塔里木盆地北緣，是生態環境變化的敏感地區，位于41°06′-41°38′N，81°26′-83°17′E，是一個典型而完整的山前沖積扇平原，轄阿克蘇地區的庫車、沙雅和新和三個縣（如圖1）。該綠洲年平均降水量51.6 mm，年內降水量60%～70%集中在5～8月。年蒸發量1992.0～2863.4 mm，年平均氣溫10.5～11.4 ℃，極端最高氣溫41.5 ℃，極端最低氣溫為-28.9 ℃，年無霜期209.8～226.4 d。氣候的變化必將對水資源的開發利用和當地的社會經濟產生重要的影響。綠洲境內不產生地表徑流，發源于天山南麓的渭干河-庫車河是進入綠洲境內的主要地表徑流，其中的渭干河不僅是上游地區――拜城盆地的主要地表水源，而且也是下游庫車、沙雅、新和綠洲的母親河。該綠洲歷史上水草豐茂，自20世紀70年代以來，上游灌區生產發展較快，用水量大大提高，致使下游水源逐漸減少、湖泊干涸、沙漠入侵、植被退化，逐漸演變為現在的荒漠植被類型，并有進一步退化的趨勢[30]。
渭庫綠洲區域的水資源主要由地表水和地下水組成。地表水主要來源于北部天山高海拔地區的冰、雪融水和降水產生的地表徑流匯集而成的內陸河;地下水補給主要靠河流潛流及渠系、田間和雨水滲漏。降水年內分配為夏季多、春秋季少。山區降水一部分直接以徑流形式輸出山口，另一部分在低溫條件下，以冰、雪形成積累并儲存起來，孕育現代冰川。渭干河流域的冰川面積1 685 km2，冰川年融水補給量17.33億m3，占渭干河出山徑流量的71%;庫車河流域的冰川面積25.11 km2，冰川年融水補給量0.282億m3，占庫車河出山徑流量的8.52%[31]。冰川對氣候變化反應十分敏感，氣候變化對該綠洲水資源的最大影響是對河流上游冰川儲存量的影響，進而影響河流徑流量。
1.2 數據處理和研究方法
本研究采用1998年10月和2011年9月TM遙感影像數據（軌道號為145/31和145/32）作為數據源，從美國地質調查局網站http：//earthexplorer.usgs.gov/下載，利用ENVI 4.8軟件對四景影像進行輻射糾正、幾何精校正、邊緣增強、鑲嵌等處理，利用研究區矢量圖裁切影像。另外，1977-2012年氣象數據從新疆自治區氣象局和中國氣象科學數據共享服務網獲得。
本研究分類方法采用的是目前使用較多的支持向量機（SVM）方法，SVM是Vapnik[32]于1995年率先提出，它在解決小樣本、非線性及高維模式識別中表現出許多特有的優勢，并能夠推廣應用到函數擬合等其他機器學習問題中，它是建立在統計學習理論的VC維理論和結構風險最小原理基礎上的。SVM的關鍵在于核函數，本研究選用常用的徑向基核函數（RBF）。由于核函數的已知數據存在一定的誤差，考慮到推廣性問題，因此引入了松弛因子G以及懲罰因子C兩個變量來加以校正。作者利用libsvm 3.2和matlab2009a對樣本進行訓練，選取適當的C、G值（1998年C=98.697 1，G=8;2011年C=95.866 2，G=2）。最后，根據影像波譜特征和GPS實地考察定點地物類型，選擇感興趣區進行樣本訓練，采用SVM方法對影像進行監督分類。根據實際情況將研究區劃分為耕地、林地、草地、建工地、水體、鹽堿地、沙地和其他地類（山地、裸地等）共8類景觀類型。1998年和2011年的分類后Kappa系數分別為0.949和0.942，分類的總精度分別為95.56%和94.93%，滿足研究需要。
2 氣候和土地利用/覆蓋變化對水資源的影響
2.1 主要氣候因子對水資源的影響
2.1.1 氣溫變化 氣溫變化是氣候變化的突出表現，氣溫不僅能夠影響到河流流域的蒸散情況，而且能夠直接作用于冰川，實現對水域資源的影響。研究表明，渭-庫綠洲的氣溫自1977年以來就一直呈上升趨勢，而且上升幅度較大，作者將1997-2012年分為6個階段，得出1977-1982年平均溫度為11.0 ℃，1983-1988年平均溫度為10.8 ℃，1989-1994年平均溫度為11.1 ℃，1995-2000年平均溫度為11.5 ℃，2001-2006年平均溫度為11.7 ℃，2007-2012年平均溫度為11.5 ℃，36年來，溫度最高增加了0.9 ℃/6a（圖2）。另外，從渭干河流域5個代表性的水文站監測資料可知，近20年來山區站氣溫均呈顯著的線性升高趨勢，破城子、卡木魯克、卡拉蘇3站線性變化率分別為0.12 ℃/10a、0.15 ℃/10a及0.59 ℃/10a;平原區托克遜站線性變化率為0.04 ℃/10a，黑孜水庫站線性變化率則為-0.006 2 ℃/10a[33]。
2.1.2 降水量的變化 流域內降水多發生在夏季，山區和平原存在明顯的差異，具有垂直地帶性分布規律，降水量總的變化趨勢是山區大于平原。另外，降水資源也是渭干河-庫車河流域水資源的根本來源，降水量的大小及時空分布決定了區域的水資源量及其分布，而且降水能夠通過流域下墊面的作用補給河流，自1977年以來，降水量總體呈現較弱的減少趨勢（圖3）。渭-庫綠洲降水量雖然沒有明顯的變化趨勢，但存在階段的變化：1977-1982年平均降水量為65 mm，1983-1988年平均降水量為80 mm，1989-1994年平均降水量為83 mm，1995-2000年平均降水量為72 mm，2001-2006年平均降水量為65 mm，2007-2012年平均降水量為62 mm，從1995年之后降水量開始明顯減少，年平均降水量最高值減少了21 mm/（6年）。階段尺度經歷了少-多-多-少-少-少6個階段的變化，以近年減少最為明顯。
2.1.3 蒸發量的變化 由于渭-庫綠洲水循環屬于干旱區內陸水循環，蒸發量直接影響區域降水量，從而可以間接影響地表徑流。從1997年以來，蒸發量數據沒有像氣溫那樣表現出明顯的變化趨勢，總體上為較弱的減少趨勢。多年平均蒸發量為1 970 mm。從階段的變化分析可知，1989-1994年間是蒸發量最少的階段，1995年之后蒸發量的變化相對比較穩定（圖4）。
2.2 土地利用/覆蓋變化對水資源的影響
就渭-庫綠洲而言，水資源直接制約著社會經濟的發展，影響著土地的使用。反之，土地利用/覆蓋類型的變化也必然影響水資源的重新分配。研究將從渭-庫綠洲土地利用/覆蓋變化對水資源需求結構及水資源量的可能影響進行分析。
2.2.1 渭-庫綠洲土地利用/覆蓋類型特征分析 隨著社會經濟的發展，承載人類活動的土地利用/覆蓋類型發生了很大變化。根據該綠洲的土地利用/覆蓋特征和實際情況，研究區的土地利用/覆蓋情況可以分為耕地、林地、草地、建工地、水體、鹽堿地、沙地和其他地類（山地、裸地等）共8類景觀類型，統計結果見表1，分類圖如圖5所示。
由表1和圖5可知，1998年研究區的主要用地為草地，占28.51%，建工地面積最小，占1.19%。鹽堿地、沙地和其他地類（山地、裸地等）占42.79%，而林地和耕地只占24.01%。2011年研究區的主要用地仍為草地，占24.70%，建工地面積最小，占1.39%。鹽堿地、沙地和其他地類（山地、裸地等）占45.32%，而林地和耕地只占26.09%。表明該綠洲土地利用以農業種植為主，總體植被覆蓋度不高，土壤鹽堿化嚴重，說明該區域十分干旱，水資源緊缺，同時這種土地利用結構與該區域水資源空間分布及其供給保證情況密切相關。在1998-2011年間，各種土地利用/覆蓋類型發生了較大變化，出現 “四增四減”現象，林地的面積減少最多，減少了1 014.54 km2，大部分退化為荒地（鹽堿地、沙地、山地、裸地等），荒地增加了447.54 km2，而耕地增加最多，水體面積有所減少，建工地有所增加。從總量上看，耕地大量增加，林地大為縮減，荒地迅速擴大。以上的這種變化對水資源的需求結構必然帶來影響，因為土地利用/覆蓋的變化將造成農業、工業、城鎮居民生活、農村居民生活、河流生態環境、林地和草地的需水發生變化，即土地利用的變化將使生產需水、生活需水和生態環境需水發生變化，而且需水結構的變化同時通過產業結構的變化體現出來。
從另外一個角度考慮，1989年，研究區的國內生產總值為6.59億元，其中第一產業生產總值為4.17億，約為國內生產總值的63.28%，而工業生產總值僅為0.49億元，占該年國內生產總值的7.46%;2001年研究區的國內生產總值為26.65億元，其中第一產業生產總值為11.05億元，為國內生產總值的41.46%，工業生產總值為4.89億元，為國內生產總值的18.34%;2007年研究區的國內生產總值為56.08億元，其中第一產業生產總值為19.95億元，為國內生產總值的35.57%，工業生產總值為18.66億元，為國內生產總值的33.27%。
由圖5還可以看出，研究區的三縣屬于典型的農業種植區，農業經濟是該地區經濟增長的主要方式，但是從2000年開始轉變經濟的增長方式，向工業化發展，工業增長慢慢成為一種主導力量。這也說明土地利用/覆蓋變化使得需水結構向耗水方向發展。
2.2.2 渭-庫綠洲土地利用/覆蓋變化對水資源利用的影響 由表1可知，土地利用/覆蓋變化中減少最多的是林地，增加較多的是耕地和荒地（鹽堿地、沙地、山地、裸地等）。耕地對水資源的需求將增加，而荒地對水資源的需求將減少。渭干河和庫車河來水的90%以上均被引入灌區，而其余的水量將作為河道及河道下游天然植被的生態用水。參考2000年和2010年新疆耕地毛灌溉定額，結合研究區實際情況，1998年耕地毛灌溉定額取值為17 000 m3/hm2，由于2008年以后節水灌溉工程迅速推廣，降低了毛灌溉定額，因此，2011年耕地毛灌溉定額取值為10 500 m3/hm2[31，34]。通過計算得出，1998年耕地需水量34.74×108 m3，2011年耕地需水量35.96×108 m3。說明近十余年綠洲農業正在向著耗水的方向發展。
通過以上分析可知，渭-庫綠洲1998年主要以耕地、林地、草地、鹽堿地、沙地和其他地類為主，2011年主要以耕地、草地、鹽堿地、沙地和其他地類為主。草地類型在這兩個時期里所占比例最大，這種土地利用類型非常脆弱，對水資源依賴程度較高。綠洲區近20年來經濟得到了很大發展，從三產業比例可見，發展規模仍然源自農業結構的調整和規模的擴大，工業和服務業發展速度比較緩慢;同時土地利用類型的轉變進一步證實了研究區的用水結構向著耗水的方向發展，水資源的供需矛盾將進一步加劇。由于人類的活動加重了植被退化、土地沙化和鹽堿化。因此，優化產業結構、合理開發利用土地、提高水資源利用效率是解決干旱區水資源的必然選擇。
3 水資源變化特征
3.1 地表水資源變化特征
渭干河上游各支流的產流面積為16 637 km2，多年平均地表產水量為28.17×108 m3，上游年徑流量1×108 m3以上的支流有4條。渭干河千佛洞水文站的多年平均流量為72.4 m3/s，多年平均徑流量為22.95×108 m3。庫車河流域的地表水資源均產于天山山區，自東向西發育的主要河流為二八臺河和庫車河，此外還發育三條洪溝，多年平均出山徑流量為3.46×108 m3，以干流庫車河最大，多年平均出山徑流量為3.31×108 m3[35]。另外，從1982～2006年來，渭干河流域綠洲來水量、綠洲總耗水量以及黑孜水庫站和蘭干站年徑流量均呈增加趨勢（圖6）。其中，相比較于1982年，25年來綠洲來水量增加5.4%，綠洲總耗水比1982年增加6.6%，主要原因是綠洲耕地迅速擴張引起耗水量劇增，這與上述研究結論一致。當渭干河-庫車河徑流水量一定時，為保證正常的農業種植不會受到影響，需增大河流的可利用率。目前，庫車河-渭干河流域水資源開發利用率都遠遠超過了合理開發利用的程度，由于水資源的過度開發，使得生態用水量減少，生態環境嚴重惡化，導致了鹽堿地、山地、裸地的增加。
3.2 地下水資源變化特征
隨著耕地面積的不斷增大，需要修建大量水利設施，一個重要的措施就是大量修建水系灌渠把河流徑流從河流上游直接輸送到灌區，從而減少了地表徑流的下滲，致使地下水難以得到補給，故地下水位下降。1997年以來，渭-庫綠洲年均地下水埋深總體有下降趨勢（圖7），原因是該綠洲屬于灌溉農業區，近年來，農業經濟的快速增長導致地下水資源量超采，而補給量又遠小于需求量。另一方面，地下水位的大幅下降，導致了綠洲周邊天然灌叢及草本植物的大面積衰退。1997～2001年期間研究區平均地下水位具有下降趨勢，這主要是因為隨著排水系統的完善，特別是骨干排水溝渠的開通運行，疏干低洼地積水，降低了相應地區地下水位。而2002～2003年有上升趨勢，這是由于2002年7月22～23日的特大洪水引起。2003年的地下水位在一定程度上也會受2002年洪水的影響。同時，2003～2006年間有明顯下降趨勢，2007年又出現上升趨勢，2007年之后又呈現明顯下降的趨勢。這與農田機電井數量的增多也有關系，農田機電井數量的增多加速了地下水資源開采，圖8為渭-庫綠洲機電井建設情況，可以反映對地下水開發利用程度，20世紀70年代到90年代機電井數量不多，變化不大，2000年數量僅為283眼。但是21世紀開始的10年里機電井數量驟增，截至2010年已增加至2 265眼，可見該綠洲對地下水的開采量劇增幅度之大。因此，隨著對地下水的開采量加大，地下水位大幅下降。
4 結論
根據過去30多年的氣候資料，并結合渭-庫綠洲1998和2011年兩期TM圖像，闡述了研究區氣候條件和土地利用/覆蓋變化的強度，同時，探討了氣候和土地利用/覆被變化對水資源的作用程度和影響，主要結論如下：
1）渭-庫綠洲主要土地利用/覆蓋類型為耕地、林地和草地，1998年合計約占52.52%，2011合計約占50.79%，其次為鹽堿地，沙地和其他用地（沙地、裸地），1998年合計約占42.79%，2011年合計約占45.32%。建工地和水體面積最少，1998年合計約占4.68%，2011年合計約占3.88%。這種土地利用/覆蓋格局顯示了區域的生態脆弱性以及水資源成為區域經濟發展的瓶頸。
2）各種土地利用/覆蓋類型在1998～2011年都發生了較大變化，其中林地縮減最大，縮減了1 014.54 km2，其次為沙地，縮減了757.28 km2;增加最多的是耕地和其他用地（山地和裸地），分別增加了1 381.43 km2和613.23 km2。另外，鹽堿地的增加面積也比較大，增加了591.59 km2。這表明生態環境有退化的趨勢，同時維持區域正常發展的需水結構向著更耗水的方向變化。
3）溫度不僅能夠影響河流流域的蒸散況，而且能夠直接作用于冰川，實現對水域資源的影響。渭-庫綠洲的氣溫自1977年以來就一直呈上升趨勢，降水資源是該綠洲水資源的根本來源，降水量的大小及時空分布決定了區域的水資源量及分布，而且降水能夠通過流域下墊面的作用補給河流，自1977年以來，降水量總體呈現較弱的減少趨勢。
4）從水資源變化特征來看，綠洲總耗水相比1982年增加6.6%，主要原因是綠洲耕地迅速擴張引起耗水量劇增。另外，隨著耕地面積的不斷增大，修建大量水利設施，從而地下水難以得到補給，使得地下水位急劇下降。
總之，對干旱區而言，人類活動導致的土地利用/覆蓋變化對水資源的影響不亞于氣候變化對水資源的影響，所以有必要綜合考慮來開展研究。由于研究區水資源的供需矛盾越來越突出，因此，在經濟發展過程中，優化產業結構、合理開發利用土地、提高水資源利用效率是解決水資源供需矛盾的有效途徑，
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氣候變化對地下水的影響范文3
關鍵詞:海河流域;徑流變化;人類活動
中圖分類號:TV121
文獻標識碼:A
文章編號:1674-9944(2010)08-0150-02
1 引言
河流的徑流主要受到降雨、氣溫、時空分布、流域形態、人類活動等因素的影響。海河流域河水的徑流在本世紀出現很大變化。在平原地區出現了河流斷流,人海徑流銳減等現象。海河流域位于中國的渤海灣地區,受大陸季風性氣候的影響,地理形態復雜多變,對氣候變化敏感,人類活動又非?；钴S。引起徑流變化的原因也是多方面的。分析影響徑流變化的因素,針對性的采取改進措施,這對水資源管理和水資源的可持續開發利用都很重要。
2 海河流域地表水徑流概況
海河流域位于東經112°~120°,北緯35°~43°之間,東臨渤海,南界黃河,西靠云中、太岳山,北依蒙古高原。流域總面積32萬km2。其中山區面積18.9km2 ,平原面積13.1km2 。位于溫帶大陸性季風氣候區,多年平均降水量535mm,年平均陸地蒸發量470mm,年水面蒸發量1100mm,年平均氣溫1.5~14℃,年平均相對濕度50%~70%。全流域干旱指數為1.5~3.0。地表徑流沿太行山、燕山山脈有一個徑流深大于100mm的高值區,太行山、燕山的背風坡,徑流深比迎風坡明顯減少,多年平均徑流深為25~50mm,平原區多年平均徑流深10~50mm,徑流多年變化幅度比降水更大,徑流變差系數Cv為0.19~1.44。該流域多年平均地表水資源量為216億m3,地下水資源量235億m3,水資源總量370億m3。流域人均當地水資源量只有276m3,畝均水資源只有213m3,只相當于全國平均的12%。
3 海河流域的徑流變化因素分析
3.1 海河流域氣候變化對徑流的影響
近50年來,海河流域降水呈明顯下降趨勢。據統計,1956~1979年,海河流域年均總降雨量1806億m3,而1980~2000年,年均總降雨量僅1604億m3,減少了11%;平均每10年減少21.5mm,年氣溫呈明顯升高趨勢,平均每10年升高0.31℃。海河流域氣候暖化趨勢造成地表水資源大量減少,平均每10年減少18%。
當氣候處于暖干狀態時,由于降水量減少,蒸發量加大,徑流將減少。用水量與降水和氣溫密切相關,氣溫升高時,各種用水量都將增加,尤其灌溉用水量增大最為顯著;消耗水量的加大與回歸水量的減少必將使徑流進一步減少。消耗水量與氣候干旱指數有直接關系,干旱指數愈高,不可恢復水量愈大,回歸水量愈小。當地表水開采量與地下水開采量超出了天然補給量時,以蒸發形式返回大氣的消耗水量增加,而返回土壤的回歸水量減少,以至對陸地水循環產生干擾甚至破壞。這對地表徑流產生較大的影響。與其他流域相比,海河流域對氣候變化更為敏感也更為脆弱。據研究,在海河流域,當氣溫不變,降水減少10%時,徑流減少26%;當降水不變,氣溫升高1℃時,徑流減少8%;當氣溫升高1℃同時降水減少10%,則徑流將減少30%~35%。
3.2 海河流域時空分布和流域形態徑流的影響
3.2.1 海河流域的降雨分布
海河流域包括的9條主要河流,從南往北依次有徒駭河、馬頰河、子牙河、大清河、獨流河、海河、潮白新河、薊運河和灤河。河流下游流經天津、河北、山東,分別從塘沽、樂亭、遵化、慶云入渤海灣,流域面積3.18×105km2,為典型的扇形流域。流域北部和西部為山地和高原,東部和東南屬于華北平原。山區、高原面積約占全流域60%,平原占40%。各個河流的上游直接與下游相接,幾乎無中游段。流域內沖擊平原是由流域內各條河流和黃河泛濫沖積而成,微地形相當復雜。
燕山南麓降水在600mm以上,太行山東側降水在550mm以上,西北部的雁北和冀北高原地區降水量在400mm以下,冀南平原的晉州、辛集、寧晉為平原地區的一個少雨中心,雨量在500mm以下。降水總的趨勢是由太行山、燕山迎風區分別向西北和東南兩側減少。五臺山與遵化附近是海河流域降水最多的地方,其次是中部的晉州、辛集、寧晉等平原地區,海河流域西北部的冀北和雁北高原多年平均降水量最少,沿海降水量比中部稍多。
3.2.2 降雨在時空上的規律性
海河流域的降水量存在明顯的年際變化和年代尺度的周期變化,年際3~7年比較突出,10年尺度變化明顯,年代際19~28年尺度明顯。時間序列存在4、7、10、24年的主周期變化,且大時間尺度變化較為規則,為準周期振蕩。4年周期最為明顯,其次是7、24和10年。海河流域的降水量在時間和空間上存在著差異,且差異是帶有比較明顯的規律性。
在年內尺度內,一般6~9月的徑流量占全年的70%~80%,個別的90%。部分調節好的河流也占50%~60%。河流徑流的年際變化年內分配有兩個特點:枯水期洪水可能性很小,豐水期洪水可能性很大。這些時空分布和地形特征決定了海河流域易旱易澇的特點,也奠定了人類活動對此加以影響的必然性。
3.3 海河流域人類活動對徑流的影響
3.3.1 溫室效應的影響
直接影響主要指人口增加、社會經濟發展引起的生活,生產,生態用水耗損量的增加以及從流域引出的水量和分洪水量等對徑流的影響;間接影響主要指工農業生產、基礎設施建設和水土保持措施改變了流域的下墊面條件(包括植被、土壤、水面、耕地、潛水位等因素),導致流域產匯條件的變化,從而間接造成河川徑流量的減少,間接影響的另一方面是在人類人口增加,社會經濟發展的需要,引起了溫室效應等氣候的變化,導致了海河流域上游冰山雪水融化,致使源頭水儲備量減少也影響了海河流域的徑流。
3.3.2 水利設施的影響
由于海河流域本身的形態特征決定了其易旱易澇的性質,致使該區域的下游經常受到災害。目前,流域內已建大中小型水庫1900多座?？値烊?00多億m3,這些水庫已經控制山區面積的83%,用以防洪、灌溉、供水、發電等。水庫、大壩的建立明顯且持久的改變了海河流域的徑流面貌,直接影響徑流的形態。對流域下游的水資源利用、污染物的清除等有明顯的負面影響。
3.3.3 開發地下水的影響
隨著人類對地下水的開發越來越多,地下水埋深也由20世紀50、60年代的35mm到70年代的24mm,再到80、90年代的幾乎不產流,而徑流的減少率也由70年代的31.43%迅速增加到八、九十年代的90%。降水量減少程度遠比徑流量減少程度要少,說明降水不是影響徑流減少的主要因素。徑流量的減少大致是從20世紀70年代末開始的,而70年代正是海河流域大面積、大規模進行農田水利工程建設,流域綜合治理的人類活動頻繁時期。目前人類對水資源開發利用程度依然高揚,地下水開采量十分嚴重,不僅造成地面沉降、流域生態環境被破壞、還使得海水入侵和咸水下移、污染物入滲速度加快,水源受到不同程度的污染。加上興辦工業帶來一系列的水污染、環境地質災害。綜合作用下,人類活動改變了流域的水文情勢。破壞了水體的動態平衡,致使地表徑流量節節降低。
4 結語
綜合對影響海河流域地表徑流變化的因素的分析,氣候變化和人類活動是導致徑流變化的主要原因。要改善海河流域的徑流形態,要從兩方面做起。
(1)人類必須重視人類的生產生活的活動給整個地球造成的影響。這類活動造成海河流域的降水減少、高山冰雪的融化、地表蒸發量增加等問題,致使海河流域的徑流量減少。不僅海河流域如此,世界各地也有其他河流正因此變化遭受不同程度的負面影響。
(2)人類必須建立水資源可持續利用管理系統,提升人與自然和諧共處的理念。海河流域的部分河道由于上游少水截水,下游地下水埋深和嚴重缺水,地面沉降嚴重,建立防海水倒灌的閘門,使得其物質的資源和能量的轉換功能不能得以更充分的利用。放任其發展,海河流域的生態環境會向更惡劣的方向轉變。人類在發展自身利益的同時必須向自然靠攏,還給海河流域一個更加自然健康的流域形態是人與自然和諧相處,社會穩定可持續發展的必由之路。
參考文獻:
氣候變化對地下水的影響范文4
摘要：針對地下水過量開采導致水資源短缺而嚴重遏制了呼和浩特市生態經濟持續發展的現狀，以呼和浩特市平原區為研究對象，對呼和浩特市淺層地下水進行系統取樣分析，綜合運用描述性分析，相關性分析，折線和餅圖圖示法，全面系統地研究了呼和浩特市淺層地下水水化學特征與礦化度演變規律。研究結果表明：①呼和浩特市淺層地下水中HCO.32-和Ca2+平均濃度為333525 mg/L和 829704 mg/L，兩值均較大，變異系數較小，反映了它們在地下水中的絕對含量較高，為地下水中的主要離子。②地下水中的Na+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和鹽酸鹽，地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和鹽酸鹽。地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的濃度來控制的。③沿地下水水流方向， 主要離子并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢，而是與地下水溫呈現顯著的負相關性。HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負相關最為顯著，即溫度越低時，離子的濃度反而越高。
關鍵詞：水文化學；淺層水；礦化度；呼和浩特
呼和浩特市位于中東部，河套斷陷盆地最東北部，北有大青山天然屏障，東及東南被蠻漢山環抱，盆地三面環山呈簸箕形狀，向西南敞開，地勢東北高，西南低。呼和浩特市地處我國北方內陸干旱半干旱地區，人均占有水資源量只有412 m3，是全國人均占有量的1/6，為全國嚴重缺水城市之一，水資源問題是該區域生態經濟持續發展的瓶頸。有關呼和浩特市地下水水化學特征方面的研究，已有少量報道，但主要集中在2000年之前。2000年后的研究主要集中在對呼和浩特市地下水位動態以及砷氟等地方病方面，如2002年，劉怡敏等對呼和浩特市地下水位動態及影響因素進行了分析；2009年楊亮平等對呼和浩特市地下水位動態變化及趨勢進行了預測研究；2009年李浩，梁秀芬等對呼和浩特市（地區）高砷地下水進行調查研究，查明地下高砷水的形成機制，以期控制地方性砷中毒。而近些年，呼和浩特市經濟發展迅速，日益增長的水資源需求和地下水污染問題以及頻發的供水安全事件，迫切需要對區域內的地下水資源進行質量評價，而地下水水化學研究是地下水資源質量評價的重要內容。
本研究分析了2009年呼和浩特市地下水中的主要離子含量和水化學特征，探討了1988年以來地下水礦化度的變化趨勢，目的是研究隨著工農業和生活需水量的增加促使開采量的增大以及多年來氣候變化對礦化度變化趨勢的影響，旨在為呼和浩特市制定合理的發展計劃和維護生態環境穩定提供科學依據。
1 研究區概況
研究區主要是指呼和浩特行政區內的平原區(包括山前傾斜平原、黃河和大黑河沖積平原)，呼包平原的東北部，在行政區劃上包括呼和浩特市所轄規劃區(新城區、賽罕區、玉泉區、回民區)、土默特左旗、托克托縣、清水河縣、和林格爾縣及武川縣。研究區范圍：x：530 500～591 000；y：4 493 500～4 540 500，土地總面積17 224 km2，氣候屬于內陸干旱半干旱地區［1］。
呼和浩特市淺層地下水系統是一個比較復雜的開放系統。按地下水賦存條件，可分為山前沖洪積平原和沖湖積平原，黃河沖湖積平原和湖積臺地4個水文地質區；區內地下水的補給主要來自山區的側向徑流補給及平原內降水的入滲，地下水的排泄主要靠蒸發和開采消耗。
2 采樣及測試方法
2.1 采樣及測試
在研究區共布置了46個淺層水取樣點，其中包括水文化學剖面(沿地下水流方向)上的8個觀測井（圖1），分別在2009年的9月份取樣，TDS是使用上海雷磁水質分析儀現場測試完成。
2.2 數據處理
數據處理綜合采用了統計軟件SPSS 17.0對地下水中的主要離子含量進行了統計學和相關性分析［2］，同時繪制了折線圖和圓形圖對地下水流方向上離子化學特征和淺層水礦化度演化進行了直觀的分析。
3 結果與分析
3.1 描述性統計分析
對2009年呼和浩特市范圍內的46個觀測井水樣的有關水化學參數進行統計分析，得到地下水主要離子特征見表1。Table 1 Statistics of hydrochemical parameters of groundwater for Hohhot County in 2009 (n=46)
水化學參數最小值最大值平均值標準差變異系數
水溫（℃）8.02112.9889.837320.9584990.097435
TDS/(g·L-1)0.270.820.44880.171240.381551
K+/（mg·L-1）0.627.592.361.431480.606559
Na+/（mg·L-1）13.3165.244.46138.46850.865219
Ca2+/（mg·L-1）39.7915882.970431.834110.38368
Mg2+/（mg·L-1）15.3467.5131.344613.440090.428785
Cl-/（mg·L-1）7.79138.344.812935.584010.794057
SO.42-/（mg·L-1）4.53233.158.354652.257880.895523
HCO.3-（mg·L-1）215.2651.5333.52595.33640.285845
CO.32-/（mg·L-1）0203.426.4131.875146
F-/（mg·L-1）0.11.160.4350.228850.526092
溶解性總固體/（mg·L-1）262.4952.7495.6207.24010.41816
pH值7.578.687.99710.372390.046566
NO.3-/（mg·L-1）0.2155.537.667195.33642.531026 從表1中可以看出在陽離子（Ca2+、Mg2+、 K+、Na+）中Ca2+的含量相對較高，平均為82970 4 mg/L，K+的含量最低，平均為236 mg/L;對于陰離子HCO.3-的平均值達到了333525 mg/L，標準差為95336 4，兩值均較大，變異系數較小，反映了其在地下水中的絕對含量較高，為地下水中的主要陰離子。而CO.32-的平均值僅為3.42 mg/L，即其在地下水中相對其他陰離子含量最低。出現這種現象的原因是地下水中碳酸存在的形態受pH影響， 在偏酸、偏堿及中性水中HCO.3-占優勢，且在pH=834時，HCO.32-達到最高值。本次現場測試結果在整個研究區范圍內pH在8.19～775之間， K+、Na+、Cl-、SO.42-和CO.3-的變異系數均較大，表明其在地下水中的含量變幅較大，表明它們是地下水中隨環境變化的敏感因子，決定地下水鹽化的作用的主要變量。HCO.3-和 Ca2+的變異系數相對都較小，表明它們在地下水中的含量相對比較穩定。
3.2 離子相關性
表2為呼和浩特市平原區2009年地下水中8大離子（CO.32-、HCO.3-、Cl-、SO.42-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+），F-、pH值、礦化度、水溫和溶解性總固體的Pearson相關系數。
從表2中可以看出，陰離子HCO.3-、Cl-和SO.42-、與陽離子Na+和Mg2+的相關性顯著，相關系數在0.7以上，這表明地下水中的Na+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和氯酸鹽。陰離子Cl-、和SO.42-與陽離子Ca2+的相關性也是比較顯著，相關系數在0.5以上，表明地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和氯酸鹽。pH值與CO.32-呈現顯著的正相關性，相關系數達到了0896，即表明地下水的pH值主要由CO.32-含量的多少決定。TDS與Mg2+和Cl-的相關關系最為顯著，相關系數達到09以上，與CO.32-之間呈負相關性，并且與K+、F-之間的相關性較差，這說明地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的濃度來控制的。
3.3 補給水流方向上水化學特征
2009年9月，在呼和浩特市采集46個觀測井水樣，采樣過程中用GPS記錄樣點的地理坐標。呼和浩特市地下水主要的補給來源為來自山區的側向徑流補給及平原內降水的入滲，地下水的排泄主要靠蒸發和開采消耗。地下水運動方向是由東北向西南。根據采樣點的位置，沿地下水補給水流方向選取8個觀測井水樣(分別是:①西黃合少鄉黑沙兔村②黃合少鄉添密灣村③金河鎮后三突村④金河鎮八拜村⑤金河鎮后白廟村⑥小黑河鎮楊家營村⑦小黑河鎮郭家營村⑧小黑河鎮烏蘭巴圖村)，進行主要離子濃度變化分析。方向是由東北向西南［4-6］。地下水中水溫、pH值及主要離子濃度沿地下水水流方向的變化趨勢，見圖2。
圖2 2009年地下水中主要離子濃度，水溫及pH值沿地下水水流方向的變化趨勢
Fig.2 Changing trends of major ion concentrations，temperature and PH along the groundwater flow direction in 2009
從圖2可見2009年呼和浩特市地下水中主要離子沿補給地下水流動方向并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢。而是與地下水溫呈現顯著負相關性，HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負相關最為顯著，即溫度越低時，離子的濃度反而越高。這可能是因為研究區地層主要以碳酸鹽地層為主，碳酸鹽巖主要由方解石（CaCO.3）和白云石［CaMg（CO.3）.2］這兩種礦物組成。因此，碳酸鹽巖地區的地下水化學成分的形成主要由方解石和白云石溶解和沉淀控制，而在一定的二氧化碳分壓（PCO.2）下，地下水的溫度控制著這兩種礦物的溶解和沉淀，但這兩種礦物與大多數礦物不同，它們的溶解度不是隨溫度的升高而增大，相反，溫度越低，溶解度越高，故出現了溫度越低的取樣點，HCO.32-和Ca2+離子含量越高的現象。
從圖2中也可以看出沿地下水流方向所有的取樣點，陰離子都以HCO.3-為主，其次是SO.42-，而Cl-離子濃度很低，這也完全符合碳酸鹽地區地下水的一般特點。研究區所有水樣的pH值，均在7~8之間，說明該地區含水層為開系統。
4 結論
①呼和浩特市淺層地下水中陽離子Ca2+的含量相對較高，陰離子HCO.3-含量最高，說明研究區范圍內的地下水中主要離子為HCO.3-和Ca2+。且HCO.3-和Ca2+也是地下水中含量相對穩定的離子。
②通過相關性分析，可知地下水中的Na+和Mg2+離子主要是來自各種硫酸鹽，重碳酸鹽和氯酸鹽，地下水中的Ca2+離子主要來自各種硫酸鹽和氯酸鹽。地下水的pH值主要由CO.32-含量的多少決定。地下水的礦化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的濃度來控制的。
③呼和浩特市地下水中主要離子沿補給地下水流動方向并不遵循隨流程的增加而濃度增加的趨勢。而是與地下水溫呈現顯著地負相關性，HCO.32-和Ca2+離子與地下水溫度的負相關最為顯著，這一特點符合碳酸鹽地區地下水的一般特點。
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氣候變化對地下水的影響范文5
關鍵詞：水文地質；地質災害；礦山地質勘查；地下水位；勘查技術
礦山地質勘查同后期工程建設和礦產資源開發存在密切聯系，如果礦山地質勘查工作不到位、施工區域相關信息收集不全面，會為后續工作開展埋下安全隱患，誘發地質災害，不僅威脅到礦山作業人員的人身安全，也會對周圍環境產生較大的破壞。礦山地區之所以會出現地質災害，主要受自然因素和人為因素影響，導致地下水位流動變化，進而使得作業區域水文地質環境發生了不同程度的變化。因此，在礦山地質勘查中，應該充分預測和觀測作業區域實際情況，有側重性地把握水文地質問題，摸索水文地質變化規律，制定合理有效的地質災害防治措施，以便于創設安全的作業環境，保障作業人員和周邊居民的生命財產安全，為后續工程建設和礦產開采提供支持。
1水文地質相關概述
水文地質是礦山地質勘查的重點內容，做好礦山水文地質勘查工作有助于實現地下水資源的合理控制，減少后期作業中出現的不穩定因素帶來的影響，消除安全隱患。礦山地質勘查屬于地質工程，在后期礦山開采中不可避免地會改變自然條件、礦層和地下水運動等情況，這都將在不同程度上影響后續礦產開采工作的開展[1]。在礦山地質勘查工作中，部分單位僅僅對地下水資源儲備和分布情況進行簡單了解，卻未能深入分析可能出現的地質災害問題，缺少有效的防控措施，這將會威脅到礦山開采安全，造成不可估量的損失[2]。由于礦山開采資金投入大、勞動力密集，在可帶來巨大收益的同時，也伴隨著諸多安全風險，如何保障開采的安全性，做好前期的準備工作尤為必要[3]。礦山的勘查和設計，主要是了解礦物集中儲存層、巖層結構和地下水穩特征等情況，在掌握地下水實際情況的基礎上，制定有效的水文地質災害防治措施，從而將風險系數降到最低，全面保障作業過程安全。結合工程要求，首先是對作業區域的自然環境條件進行勘查，包括氣候、空氣濕度以及降水量等；同時勘查施工周邊區域地層結構，包括湖泊、河流以及植被的分布情況；對于平原或高原區域，則需要了解巖土層分類和埋藏分布等一系列情況。地下水系流向和補給等情況主要受周邊河流湖泊、地面降水量、土壤吸水量以及地殼運動等因素影響，所以需要深入分析區域內地層含水量、巖土結構、地表降水量情況，以獲取相對全面的信息[4]。就地下水穩環境分類來看，主要表現在以下幾類：其一，地下水文環境相對比較穩定，在長期的地下水系和降水量補給以及排泄和流向走勢等因素作用下，基本已經形成了一定規律，大面積用水的可能性不高，因此適合進行礦物開采[5]；其二，開采具有一定難度，地下水活躍，通過長期調查分析和觀測，實現采礦作業過程中的安全風險管控，此類情況下，應盡可能減少采礦行為對地下水系造成的不良影響和干擾，實時監控水文環境，將可能出現的損害降到最低；其三，地下水文環境較為復雜，應充分契合采礦區域地質條件，充分調查了解礦井結構，在此基礎上形成立體化的勘探網絡，并通過定點監控來優化完善地質條件資料，在現代化信息技術支持下建立長期動態監測網絡，通過長期監測來總結和摸索地下水穩規律，從而制定切實可行的采礦方案[6]。
2水文地質問題對采礦工程的影響
采礦作業前，通過充分勘查了解區域水文地質情況，為保證后續活動的安全、有序奠定基礎。水文地質對采礦工程的影響較大，由于開采過程中水溫和水壓等因素變化，可能引發安全事故。礦山水文地質表現多樣，主要表現在水溫下降、上升或是頻繁升降，如果水位控制不當可能會對地質工程帶來不同程度的損壞，加劇礦山地質變性。在地質工程施工中，受外部作用力影響會導致水文地質動力平衡條件發生變化，從而埋下安全隱患[7]，如基坑流沙和突涌等問題，均在不同程度上影響著采礦作業活動的順利進行，因此需要予以高度重視。
3水文地質問題分析
3.1水文地質勘查落實不到位
在礦山地質勘查工作中，需要相關人員對勘查落實情況予以高度重視，依據制度和規范進行操作，但實際上卻存在很多漏洞和不足，具體有：劃分含水層與分斷層時，缺少全面、真實的勘查數據提供支持，更多的是依據勘查人員自身經驗進行劃分，影響了劃分的合理性；地下水動態預測分析能力不足，僅僅是對水位和水量進行勘查，缺失對影響的分析，在一定程度上威脅到巖體工程穩定性和安全性，易誘發較為嚴重的安全事故[8]。
3.2松散對基層的不良影響
礦山地質勘查中，地質災害發生后，伴隨出現的松散堆積情況較為嚴峻，表現在砂土碎石、粉質黏土混合物厚度在1~3m范圍內，結構可能存在松散情況。一旦遇到水則會降低結構整體抗剪力，導致穩定性不足，大大增加滑動幾率。在礦區地質條件中，礦區的地質災害發生幾率較高，存在平整情況，有部分礦區的坡度甚至達到了42°，對于此類情況，沙層滑動、崩塌事故出現的幾率會大大增加[9]。
3.3地下水位異變
礦山開采中受到擾動會破壞地層結構，使地下水位發生變化，產生不可估量的后果。地下水位異變誘發的災害主要有三種：水土流失主要是指在礦產資源開采中，會有大量渣土松散堆積物，孔隙度大、結構疏松，受水因素影響出現位移滑動，進而出現水土流失情況；礦坑吐水是指地下水位突然變化，導致礦坑中進水，誘發較為嚴重的礦山地質災害，此類災害規模大，具有突發性特點，所產生的后果十分嚴重；坑內泳漿則屬于礦坑突水產生的伴隨災害，危害較大，可能突破隔水層，導致大量泥沙和巖屑進入到礦坑而誘發地質災害事故[10]。
4水文地質因素引發的災害
地下水位變化誘發水文地質災害，地下水埋深越深，水壓越高，需維持水壓和氣壓平衡，地下水從補給區朝著排泄區流動，水壓超出一定標準后則會呈現升高和下降兩種波動。究其根本，土壤密度變化導致了地下水水壓變化，土壤中的礦物質無法給微生物提供安全的環境，進而增加了山體滑坡、崩塌和土地沉降等安全問題。對于此類問題，要想有效解決水壓波動情況，還需要利用人工手段進行針對性處理，以改善礦山內部土壤條件，實現內外壓力平衡[11]。因此，在對礦山水文地質情況進行勘查時，需要先確定水文地質勘查難度等級，在相對簡單的水文地質環境中，可能引發災害的概率較小，但在復雜程度較高的水文地質勘查活動中，應密切關注地下水位和地下水壓的變化。
4.1地下水位變化引發的災害
在無重大地質運動的自然情況下，地下水的水層結構分布、水流方向都會保持在相對穩定的狀態。但當地下水所處地理環境發生變化時，可能會對地下水的水層分布狀態造成影響，進而引發水文地質災害。如圖1所示，常規情況下地下水是通過地上水系進行補給，若地表水發生異常增量情況，地下水層中承壓水總量增多，各層水和潛水水位都會受承壓水總量變化的影響而發生水位上升情況潛水水位過高會直接加大礦體土壤與水體的接觸面積，加快土地鹽堿化速度，同時礦山土壤中礦物元素被稀釋，礦產資源總量減少，影響礦山開采量。若礦山土壤濕度過大，會直接削弱土壤黏性，導致礦山土壤結構松散，極有可能在地質勘查或礦產資源開采過程中發生山體滑坡、礦洞坍塌等不良現象，嚴重威脅工作人員的生命安全。此外，健康的地下水水層結構應不斷得到來自補給區的水體補充，但當礦山環境水文地質條件較為復雜時，部分礦山山體補給區水層被寬體碎片堵塞，導致地下水層結構未能得到穩定的水體補給，地下水經排泄區不斷排出后，礦山中地下水水位不斷降低，也會引發山體坍塌、滑坡等地質災害。若礦山地下水水位存在頻繁升降情況，會使土體在短時間內頻繁發生漲縮，也可能造成地下礦洞的裂紋、坍塌等不良現象。
4.2地下水水壓變化引發的地質災害
地下水水壓大小會直接受到水面與上層土壤高程比的影響，地下水深度越大，水壓越高。但水流從補給區流動到承壓區的過程中，水波的流動會平衡地下水水壓和大氣壓之間的關系，若地下水水壓比的波動區間更高，則地下水會在水壓的作用下發生上升或下降。引發地下水水壓波動的原因較為復雜，如人類過度開采地下水資源、自然地質活動、氣候變化等因素都會引發地下水水壓上升現象，短期大量降雨、地震、過渡灌溉等因素則會引發地下水水壓下降現象。水壓的波動不僅會加快土地鹽堿化速度、削弱土層承載力、破壞土壤結構、腐蝕建筑物，還會引發泥石流、山體塌陷、地下水枯竭等多種地質災害。
5水文地質災害防治有效措施
對于目前礦山地質勘查中的水文地質災害問題，需要積極轉變理念來制定合理的防治措施，并在具體作業中予以應用，可以有效減少人員和財產損失，從而創設安全的作業環境。
5.1加強人為因素的防控
自然因素所產生的水文地質災害多是無法逆轉的，但人為因素所導致的水文地質災害是可以規避的，也是水文地質災害防治的重要內容，需要予以高度重視。因此，應做好礦山區域的環境綠化工作，適當地增加綠色植被的覆蓋面積，以起到涵養水源、防風固沙的作用，對于保護施工區域水文環境也具有積極作用。礦山單位要加強污水治理，選擇合理措施來處置污水，避免將未經處理工業污水的隨意排放到河流湖泊中，否則污染物會順著河流進入到地下水，造成礦山區域地下水系受到污染。被污染的水資源中有大量重金屬物質會侵蝕土壤環境，易誘發不可估量的地質災害[12]。通過礦山地質勘查來收集相關數據信息，繪制較為全面、合理的施工圖，依據施工圖規范挖掘作業，在可提升作業效率的同時，規避對礦山周圍環境產生的破壞和污染。此外，還要避免地下水資源過度開采，否則會導致水文地質環境發生變化，致使后期水文地質災害發生幾率大大增加。擴大教育宣傳，增強人們的環境保護意識，對于違法、違規行為實施針對性處置[13]。
5.2加強水文地質環境實時監測
基于現代化信息技術，加強水文地質環境的實時監測，收集相關數據信息進行處理分析，以便于編制合理的防控預案。水文地質災害多是突發的，因此需要專職部門通過礦山地質勘查來了解采礦區域水文地質情況，做好實時監測工作，確保水文地質變化始終在可控范圍內。充分根據實際情況，觀察礦山降雨量，一旦超出預警值則要做好疏通和管理工作，從而規避礦山崩塌事故的出現。對于地質條件相對簡單的礦山，則要注重坍塌事故的預防，并設立合理的監測機構，編制完善的水文地質監測制度，以指導后續作業活動的規范有序進行[14]。
5.3建立應急救援隊伍
為了在出現安全事故后，可以第一時間組織相關人員進行營救，將損失降到最低，維護人員的生命財產安全[15]，應聘請和培養專門的應急救援隊伍，除了救生員和管理人員外，還要配備一定數量的醫護人員，以對受傷人員進行第一時間的醫療救治，避免人員由于傷勢過重致殘、死亡。工作人員需要嚴格遵循工作流程開展工作，規范勘查環節，合理收集及分析數據，提升礦山地質勘查工作有效性。
5.4積極引進前沿技術手段
科技不斷創新發展，積極引入新技術、新設備到礦山地質勘查工作中顯得尤為必要。礦山的水文地質問題類型多樣，也在無形中威脅著勘查人員人身安全，因此需要充分勘查地下水情況，發揮地理信息系統、遙感技術、數字化技術等優勢，以適應多種惡劣環境礦山地質勘查需要，提升勘查工作有效性，同時為后續水文地質災害防控提供支持[16]。例如，地震勘探技術主要依據工礦區地下介質的彈性及密度差異進行勘探，利用地震波傳輸和接收來分析，從而全面了解礦層性質，對于后續礦山開采有著積極作用。高密度電阻率法則屬于一種新型的勘探技術，主要是依據巖石介質導電特性設立電流場，以維護電流場穩定，并全方位研究電流場分布情況，通過合理預測和判斷來保障勘探工作質量。
6結語
礦山地質勘查工作專業性較強，涉及到諸多環節，因此需組建一支高素質的礦山地質勘查隊伍。遵循勘查制度和流程，靈活運用前沿的勘查技術來分析水文地質問題，并針對可能出現的水文地質災害編制合理的防控方案，將安全事故降效率到最低，從而創設安全的礦山作業環境。
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氣候變化對地下水的影響范文6
關鍵詞 水利工程；生態環境；影響
中圖分類號TV5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）77-0084-02
建國以來我國的水利工程建設取得了長足的發展，在抗澇防旱、保護水土資源、改善生態環境、促進工農業生產穩定持續發展等都起到了重要的作用。但我們也應看到它的建設給生態環境帶來的影響也是多方面的，甚至是持久而深遠的。
1 對局地氣候與大氣的影響
1）水利樞紐工程的建設會給庫區的微氣候帶來影響和改變。特別是大中型規模的水庫及灌溉設施的建成，對于其周圍環境的改變和影響是不可避免（如陸地向濕地的變化），從而影響到局部的小氣候。主要表現在：一是庫區大面積的蓄水使得降水的出現；二是，由于受到低溫效應的影響，而其周圍一定距離內的降雨量會有所增加；在降雨的時間上，由于庫區夏季水面氣溫相對大氣較低，使得對流減弱，降雨減少；而冬季反之增加；
2）建成后的水庫或大壩下墊面由陸地面變成水面，與空氣間的能量和強度發生了變化，從而導致氣溫的變化，年平均氣溫略有升高，盡管影響不明顯，但卻不可忽略。
2 對水文情勢與水溫帶來的影響
1）在水利樞紐建成后由于其改變了河道的流量（水文循環情勢），從而導致整個流域的周圍環境受到利弊同在的影響。存蓄水期的水庫，可能使原本的河流變為湖泊，水位抬高水面增大，這不僅致使水面水汽蒸發的增大，大氣中水分的循環變化；也會導致水庫發生滲漏，水庫等地下水位上升?？傮w來說水利工程對水文情勢帶來的影響變化主要包括了：季節性高峰期流量的失去，不同階段水流速變緩，急流狀態消失；流量的穩定性和水的流速頻率變化；水位落差發生變化，來水的時期、時間都發生相應改變，水的蒸發與下滲改變了水分的循環等，這些水文突變都影響和改變了原河流以及其周圍的生態過程和功能；2）對水溫的影響。水溫的變化主要是由于原有的水庫水溫結構，使流入庫中的水溫與流出的水溫產生的溫差現象。
3 對泥沙的影響
水利樞紐的建設導致水庫上下游河道的泥沙輸移及沉降模式必然性的被改變，從而影響到整條河流和庫區生態環境。水庫蓄水后，上流河段的流速減緩，流入庫區的水流中的泥沙淤積下來，不僅給航道的運行帶來影響，庫容也因此被減小，導致了水庫運行效益的降低，水庫使用年限的減少。另外，河流上建壩，阻斷了天然河道，河流流態也隨之發生變化，泥沙的運動規律也發生改變，進而引發和導致整條河流上下游和河口水文特征的改變，這也是最大的生態問題之一。
4 給水質帶來的影響
水庫工程對于水體水質的影響是較為明顯的，總體來說一方面，由于庫內水體體積大，使得水流減慢，水體滯留在庫區的時間增長，這不僅對流入庫內的水體中懸浮物的沉降有利。沉淀后，水體硬度得到降低，也減小了因水體中堿性pH值增高導致的水體毒性增大。另一方面，庫內水流速的減小，也帶來了一些負面的影響。如，水與空氣中的氣體交換的速率和庫區及周圍污染物的遷移擴散力都會降低，富氧能力減弱，這對水庫自身自凈力是不利的。
5 對地質和土壤帶來的影響
建成后的水庫會導致沿岸地下水儲存的變化，上升后的地下水位浸沒周圍的土地，導致周圍土地鹽堿化、沼澤化。
浸沒在地下水中的土地，由于水的阻隔，其與空氣的通氣條件受到影響而減弱，導致土壤中原有微生物的減少、土壤肥力下降，從而影響作物的成長。另外，土壤中過量的水分致使植物根系呼吸、導致植物根系衰敗，而當地下水位上升到達耕作層時，土壤水分濕度過大，土地就會被沼澤化。
對地質帶來的災害影響：
水庫及周圍水壓增大，致使水壓作用力下巖石本身存在的裂痕縫隙與斷裂面產生，導致巖層與地殼間原有地應失去平衡，地震的誘發可能性增大。庫中水位的升高，導致岸坡土體抗剪強度降低，滑坡、塌方的發生及危險巖體失穩的出現，從而出現庫岸滑塌。建成后的水庫，水體滲漏會給庫區周圍的水文條件發生改變，如果庫中為污水則極易造成周圍地下水體的污染。
6 對生物的影響
對陸地生物的影響主要包括：庫區淹沒和永久的工程建筑，對陸生動植物帶來直接甚至永久性的影響；另一方面，是對庫區及周圍造成間接性的氣候變化、土壤沼澤化、鹽堿化等問題，并導致動植物結構、種類及生活等多方面的影響和變化。水庫的興建以及之后的蓄水會淹沒流域或沿岸地勢、海拔較低的農田、坡地、平原等，這對農業以及陸生生物帶來不利影響。
對水生生物來說，水利工程對于水生生態系統的影響直接而明顯。對水生物的影響最大的是在魚類的資源上：魚類的洄游路徑被阻隔。河流的梯度開發，水庫大壩對江河截斷，都導致魚類加重或不能按照正常的周期和條件正常生活。水庫帶來了水體的水文變化，從而影響到不同棲息環境。
7 對人口遷移和土地利用的影響
人口遷移問題的影響也是不同的。但總的來說，水利工程會打破一定區域內人們長期建立起來并賴以生存的政治、經濟、文化、風俗體系。另外，水利工程的建設中會帶來噪音、廢水、固體廢棄物等的污染，建設后還會由于周圍濕地的產生、增多，對蚊蟲等的滋生提供了條件環境，直接或間接影響到人們的身體健康。
總之，對于水利工程來說，其本質就是處理好生態問題，任何一項的水利工程都不應以破壞生態環境為代價。水利工程建設就應以樹立和堅持和諧、綠色、科學的發展觀為基本理念，正確并從長遠利益角度處理生態環境問題，實現生態環境和水利工程的協調發展。
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