地下水变化论文

2024-07-02

地下水变化论文（通用9篇）

地下水变化论文篇1

0 引言

地质灾害的发生原因是多种多样的, 地下水环境发生变化也是产生和诱发地质灾害的原因之一, 并有可能出现一些异常的地下水运动, 进而引发不良的地质现象产生地质灾害。所以, 为防止地质灾害的发生, 本篇文章主要是探讨地下水环境变化对地质灾害所带来的影响, 并且提出一些相应的解决措施。

1 对地下水环境变化的分析

水文地质就是指自然界中地下水以不同方式变化和运动的现象, 包气带以下的地层中一般都储存着地下水。在通常的情况下, 地下水主要存在以下三个方面:1) 岩石裂隙;2) 孔隙;3) 溶洞。在农业灌溉、工矿用水以及城市用水方面地下水是一种重要的水源。但是, 在一些人为或自然情况下地下水环境发生变化有可能会引起多种自然灾害, 其原因主要有人类过量开采地下水以及使用的方式不合理, 长时间便会使得地下水的水位下降, 进而使地面产生沉降的现象;或是修建水库、大坝、隧道等地上地下工程造成地质环境变化, 使地下水水文环境改变;还有某些地区大量的生活污水及工业废水源源不绝的流入到地下水中, 使地下水受到了严重的污染, 从而导致地下水资源也受到严重的危机, 影响到地下水水质;另外就是洪水、暴雨、地震等自然灾害也会对地下水环境产生影响。这些地下水环境变化有一些是可控或可预测的, 有一些则事先没有通过有效的技术手段和科学方法进行分析和研究, 出现环境变化后没有正确方法和手段排除影响因素, 就可能引发地质灾害。

2 对灾害产生的影响

2.1 地下水环境变化对岩溶坍塌的影响

地下水环境变化对岩溶坍塌有很大的影响, 岩溶坍塌的出现直接诱因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外, 往往与抽水、排水、蓄水和其他工程活动等人为因素密切相关, 这些会使地下水动力改变, 导致地下水的平衡遭到破坏, 实际上都是改变了地下水存在的地下水环境, 换句话说地下水环境异常变化是碳酸盐岩、钙质碎屑岩和盐岩等可溶性岩石分布地区出现岩溶坍塌地质灾害的先兆条件。

2.2 地下水环境变化对砂土液化的影响

砂土液化是饱和的细砂以及疏松粉土在一定的作用力下瞬间的破坏从而产生的液态流动现象。然而实际上饱和的砂土一旦受到震动, 均呈现出密实的现象, 使得砂土空隙间的水压力增大, 在一些作用力下使空隙的水压不断增大而导致土粒产生漂浮, 几乎接近于液体状态。产生砂土液化, 规模大小, 震害轻重, 都和土的类型及地下水位埋藏深度有密切的关系, 原来不会发生砂土液化的地区, 由于地下水位的上升就可能发生液化现象, 出现地质灾害。

2.3 地下水环境变化对地面沉降的影响

地下水环境变化对地面沉降发生有很大影响, 一般情况下引起地面沉降的具体原因很多, 几乎无法数清, 例如自然因素以及人为因素都会造成地面的沉降, 人为因素主要是过量的对地下水的开采, 以及对石油资源的过量开采所引发的。但造成地面沉降最主要的原因还是对于地下水的过量开采, 由于地下水位的不断变化, 同时地面沉降的速率也随之不断的发生变化, 最终导致地面沉降的产生。无节制或者是过量的开采地下水是产生地面沉降最主要的原因。

2.4 地下水环境变化对地基变形的影响

地基的变形同样也和地下水环境变化有关系, 地基变形由瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降 (次固结) 所组成。地下水位变化对岩土体承载力有很大影响, 建筑施工中软土地基仍然是地质开发过程中最为常见的问题, 因为这种土质结构中缺乏稳定性, 受地下水运动的影响很大。例如, 软土存在着一定的触变特性, 一旦受到震动, 很容易使其结构连接遭到破坏, 并且使土质的强度遭到降低, 导致土形成稀释状态, 所以, 加载地基中存在较高的空隙水压力, 就会导致地基的强度受到影响。在排水固结之外剪应力作用下, 也会对土体产生变形影响。

3 对灾害的预防措施

现如今对于地质灾害, 我国相关部门主要是采用“预防为主、治理为辅”的原则, 在最大程度上去控制这些灾害的发生。因此为了更好更有效的控制灾害, 首先就要了解地质灾害产生的原因, 因地制宜, 并且根据科学的办法进行防控等措施。

3.1 检测措施

对于检测措施来说, 就是需要对地下水环境变化进行监控, 如地下水水质、水位方面进行验查和控制。在水质上, 地质工作方面的人员要详细准确确定污染的根源, 并及时的掌握污染情况以及范围, 在地下水中建立健全一个完善的检查预报系统, 这样可以方便的及时掌握水质方面的情况, 并作为依据, 从而进行科学合理性的调整和预测, 最终使地下水的污染得到有效的防治。对于一些高发区域, 要及时设置检查系统, 一旦出现异常信号, 及时的通知相关部门的工作人员, 以便可以更好的采取紧急措施, 如果在雨季, 工作人员要加强对地下水的监控, 防止地下水超标, 一旦出现这种状况, 必须马上采取措施并且改变水流的方向, 避免地质遭到破坏。在水位上, 要统筹规划监测站网。地下水监测网就是以有限的点源取得的监测资料, 对全区域的地下水动态变化进行可靠的判断。监测站网的建设是在社会经济发展水平及其他客观因素的限制下, 根据国家相关规范的要求, 合理规划监测站及其数量, 合理布置监测井位、监测项目及监测频次, 以发挥监测站网的最大功能, 并根据监测成果与资源管理的发展需求, 对站网进行修正及增设, 逐步建立起一个布局科学、经济、合理、完整的研究地下水的水文要素变化, 探索地下水运动规律, 为地下水资源的合理开发利用和保护提供依据的地下水监测网络。在监测水位的同时还要摸清地下水位变化规律, 设定异常限值, 对水位发生的异常变化做好分析研究, 查清源头, 对可能出现的地下水环境变化做出科学的预测预报。

3.2 开发和利用措施

对于这项措施主要是由地理位置所决定的, 在我国南方, 地下水资源长期处于饱和的状态, 并且水资源的储量也很大, 将会对地质结构产生冲击, 这样很容易引发地质灾害, 所以要对地下水积极的进行开发和利用, 这样对于防止发生灾害有着显著的效果。开发和利用地下水会使灾害发生降低, 并使地质结构得到稳定, 还能对地下水更好的充分利用。

3.3 在紧急处理方面的措施

在紧急处理措施中, 对于开采区环境的水文灾害, 我们必须要加强对其研究, 建立起相应的动力学预测模型, 对将要发生的灾害尽可能的提前预报, 从而使一些地质灾害降到最低, 并且可以为一些突发性的地质灾害提出科学的治理措施。例如, 在地质灾害发生之后, 现场的工作可以根据上述的科学依据进而采用一些合理的措施, 从而杜绝一些不良影响的发生, 又可以最大程度的来保证人类的生命和财产安全等。对于灾害的不同, 所以应急的处理办法也不同, 但是必须坚持“以人为本”的原则, 科学的救灾, 并且要防止意外事故的发生。

4 结语

很多地质灾害的发生都和当地的地下水环境改变有密切的关系, 一旦出现地质灾害不论是对人们的正常生产生活还是对社会的经济发展都会造成一定的影响, 因此, 首先要从可持续发展的角度出发, 认识地下水环境变化与地质灾害关系, 长期有效的监控地下水环境变化, 为有关部门所制定的防治措施提供依据, 合理有效的解决地质灾害所带来的影响, 保证国家社会正常生产生活, 减小灾害造成的损失。

摘要：分析了地下水环境变化对地质灾害的影响, 并从溶岩塌陷和地面沉降等几方面进行了分析, 同时制定了地质灾害的预防措施, 为相关部门进一步做好防灾减灾工作提供了科学依据。

关键词：地下水环境,地质灾害,预防措施

参考文献

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地下水变化论文篇2

灌区耗水量变化对地下水均衡影响研究

从宝鸡峡灌区水资源形成及转化的.角度出发界定了灌区耗水量的概念.通过对灌区水量平衡关系分析,建立了灌区地下水量平衡模型,通过模型计算与分析,结果表明渠系及田间入渗补给量、地下水开采量是主要的地下水平衡要素;宝鸡峡灌区1991～渠系蒸发及浸润损失量和渠系渗漏补给量总体呈递减的趋势,当渠首引水量和渠系利用系数一定时,渠系蒸发及浸润损失量和渠系渗漏补给量呈反比关系.灌区田间灌溉耗水量与田间灌溉入渗补给量也呈递减趋势;灌区地下水耗水量和地下水开采量总体呈上升趋势.

作者：蔡明科魏晓妹粟晓玲 CAI Ming-ke WEI Xiao-mei SU Xiao-ling 作者单位：西北农林科技大学,水利与建筑工程学院,陕西,杨凌,712100 刊名：灌溉排水学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE 年，卷(期)：2007 26(4) 分类号：P333.1 关键词：灌区耗水量地下水均衡影响因素

地下水变化论文篇3

地面沉降是一种累进性地质灾害,会给滨海平原防洪排涝、土地利用、城市规划建设、航运交通等造成严重危害,其破坏和影响是多方面的。基于对地面沉降情况的统计,从成因上看,国内外绝大多数地面沉降主要由不合理开采地下水资源所致[1]。

针对抽水引起的含水层的压缩沉降问题,以往普遍采用总应力不变的理论,认为抽水前后土层中的总应力不变,孔隙水压力的减少等于有效应力的增加。实际上,抽取地下水导致的孔隙水压力的下降值和有效应力的增量并非简单的相等关系。已有研究显示,在抽取地下水过程中,总应力是不断发生变化的,并非是常量[2]。并且有研究证明抽水引起的土体中有效应力的增量小于地下水水位下降的水头压力减小量,传统上计算认为两者相等是目前根据规范计算场地降水沉降量偏大的原因之一[3,4]。

本文是以抽水过程中总应力变化为出发点,首先,从理论上推导了多层含水层系统抽取不同层位的地下水,不同层位的总应力的变化特征,以及各层位的孔隙水压力及有效应力的变化规律;其次,根据总应力与地面沉降量的关系表达式,定量分析抽取不同层位的含水层中的地下水总应力变化规律对地面沉降量计算的影响;最后,通过数值试验的方法,计算出在一定的模拟期内,总应力变化与假定总应力不变两种情况下,地面累积沉降量数值的大小,通过对比得出总应力变化对地面沉降量计算的影响。

1 多层含水层系统抽取地下水总应力变化规律

在地下水开采过程中,总应力是否变化需要根据地下水所处的层位分别分析。抽取不同层位的含水层中的地下水,总应力的变化各不相同。下面将根据土体的自重应力表达式以及有效应力原理,计算出应力表达式,得出总应力以及各层有效应力和孔隙水压力的变化规律。

以典型多层含水层为例,分析抽取潜水含水层和承压含水层中的地下水(承压层一直处于有压状态)[5],潜水含水层、承压含水层以及弱透水层中的各应力的变化情况。典型含水层的结构从上到下依次为非饱和带、潜水含水层、弱透水层、承压含水层。各层厚度以及容重如图1所示。

在上述含水层模型中计算总应力(在此均为该点的自重应力)时,首先要假定(1)计算土体为均质的线性变形半无限空间[6];(2)应用弹性力学来求解其中的自重应力[7];(3)孔隙水压力在弱透水层中线性变化,弱透水层不发生释水作用;(4)潜水含水层和承压含水层的初始水头相等,且抽水后,承压含水层地下水仍处于有压状态,且不发生越流补给。

抽水前初始状态下含水层中任意点各应力表达式为:

其中:σ为总应力;σ'为有效应力;u为孔隙水压力;d为非饱和带的厚度(m);γd为非饱和带的容重(k N/m3);h为某一点处饱和土体的厚度(m);γsat为饱和土体的容重(k N/m3);γw为水的容重,(k N/m3)。

当分别抽取潜水含水层和承压含水层中的地下水,水头分别降低Δh时,各层应力表达式如表1(u1、u2分别为抽取潜水含水层和承压含水层地下水弱透水层某点的孔隙水压力,服从线性变化)。

根据表1各应力表达式,可分别得出分别抽取潜水及承压含水层地下水,水头下降Δh情况下潜水含水层和承压含水层总应力的变化。

潜水含水层降水情况:

承压含水层降水情况:

式中:σ0为水位下降前总应力;Δσ为水位下降后总应力的变化值;σ承和σ潜分别为承压含水层和潜水含水层水位下降后实际总应力。

以上表达式可以得出多层含水层系统抽取地下水,总应力的变化特征。即抽取不同层位的地下水,总应力的变化是不同的,抽取潜水含水层中的地下水,各层的总应力都会减小;而抽取承压含水层中的地下水,承压层的地下水仍处于承压状态下,则各层的总应力均不变。

注:u1、u2分别为抽取潜水含水层和承压含水层地下水弱透水层某点的孔隙水压力、服从线性变化

2 总应力变化对地面沉降量计算的影响分析

总应力变化对地面沉降量的影响分析,主要是对比以往认为总应力不随时间变化的情况。通过总应力或者有效应力与沉降量的关系表达式,分析总应力变化对地面沉降量计算的影响。

对于降水引起土层的沉降一般采用分层总和法计算固结沉降量。分层总和法的原理是将压缩层厚度以内的土层分为许多薄的水平土层,假定无侧胀,求出基础中心轴线上的沉降,最后累加起来,作为基础的最终沉降。其基本思路是采用一维固结理论总应力法将各抽水作用所产生的变形叠加起来即为地面沉降[6]。

用该方法计算出的地下水位差值下的地面最终沉降量的表达式为:

式中:S为最终固结沉降量;a为土层的压缩系数;e0为土的初始空隙比;Δσ'z为土层因降水产生的附加应力(有效应力的增量);H为土层的厚度。

相对于总应力不随时间发生变化的情况,由于孔隙水压力的计算相同,所以总应力变化时计算出的有效应力的增量与总应力的变化量是一致的,理论上不等于孔隙水压力的变化量。又由于抽取不同层位的地下水总应力的变化规律是不同的,所以分析总应力变化对抽水引起的地面沉降量的影响时,应该分情况讨论。抽取承压含水层中的水总应力不变,不会对沉降量的计算造成影响;而抽取潜水含水层中的水,总应力随抽水逐渐减小,有效应力的增量是负值,即随着抽水的进行,较以往总应力不变假定条件下,相同时段内的沉降量会减小,累积沉降量便也随之减小。

3 计算实例

本计算实例是运用美国Stanley等针对地下水开采引发的地面沉降问题,在早先假定土压力和土体单位储水量为定值的MODFLOW含水层系统压缩和沉降模块的基础上开发的新的沉降和含水层系统压缩程序包(SUB-WT),该模块可将土压力及总应力设为变量,采用基于总应力变化的土体储水系数进行数值模拟来评价地面沉降[8~10]。

(1)含水层模型设计

将研究区域分为图2所示的三层,第一层非饱和带,第二层是潜水含水层,第三层是弱透水的粘土层。在此假定弱透水层的土体变形为一维垂向变形。

通过以上分析,得出抽取潜水层地下水会引起总应力发生变化,所以本模型设计抽取潜水含水层地下水,模拟时期为600天,计算在这段时间内总应力的变化特征以及对比总应力变化和总应力不变这两种条件下地面沉降量的变化趋势。

(2)参数设置

注:表中参数均为软件模拟中所需

压缩指数Cc,回弹指数Cr,沉积层的初始厚度bo,初始孔隙度eo,以及各层的容重和抽水速率等参数均在图2中标示。

(3)试验结果分析

通过模拟,分别得出了在总应力变化和总应力不变条两种情况下,抽取潜水含水层地下水,潜水含水层、承压含水层和弱透水层中水头的对比曲线、弱透水层总应力的变化曲线,以及沉降量的变化对比曲线(图3~图5)。从而可以得出总应力变化对地面沉降量的影响。图中H、S的下标标有0表示不考虑总应力变化,下标标有1表示考虑总应力变化,H承、H弱、H浅分别代表抽水引起的承压含水层、弱透水层和潜水含水层中水头值,S代表累计沉降量。

模拟结果如下:

图3各水头的变化趋势说明,抽取潜水含水层中的地下水,无论总应力是否变化,对各层的水头值都没有影响,因为孔隙水压力在此条件下并没有发生变化;图4显示了主要发生沉降层的弱透水层中总应力随抽水时间的变化趋势,即总应力随抽水时间呈线性下降的趋势,但是根据式(4)从理论上讲总应力的变化应该与水头的下降呈正比关系,图3和图4结果出现略微差异的原因可能是模拟过程中考虑了含水层之间通过弱透水层发生了越流补给、弱透水层的释水作用以及参数随时间变化等因素的影响;图5沉降量变化曲线显示,总应力变化条件下计算的沉降量数值比不考虑总应力变化这一因素的数值要偏小。在600天的模拟时间里,不考虑总应力变化模拟出的累积沉降量为1.181m,而在考虑水位的下降引起总应力的变化模拟出的累积沉降量为0.8359m,总应力变化这一条件的介入使得模拟出的数值降低了近30%。

4 结论及建议

结合理论研究以及数值试验结果可得,在抽水引起地面沉降的计算中,总应力是一个可变的因子,该因子的变化规律随着抽取不同层位的地下水有着不同的变化趋势。抽取潜水含水层中的地下水,总应力减小;抽取承压含水层中的地下水(仍为承压状态),总应力则不变。

以往抽水引起地面沉降计算的研究中,如果不考虑总应力变化,将会使得抽取潜水层地下水时,沉降量的计算值偏大,不符合实际情况,同时也会对有关部门制定地面沉降的防治措施造成影响。所以,更加精确的预测地面沉降量是很有必要的。

摘要：地下水开采引起总应力的变化特征取决于所采地下水所处的层位。本文以抽取典型多层含水层系统不同层位的地下水为例,分别计算出了潜水含水层、弱透水层和承压含水层中总应力的表达式,得出了抽取不同层位地下水总应力的变化规律,并且根据有效应力原理,分析不同层位的有效应力变化特征,最后结合有效应力与地面沉降量计算之间的关系式,归纳出抽取不同层位地下水时总应力的变化对地面沉降的影响。通过分析得出,抽取承压含水层地下水(仍处于承压状态下),总应力不随抽水发生变化;而抽取潜水层的地下水,总应力是变化的。本文最后通过数值试验的方法验证了抽取潜水含水层中的地下水,总应力随着抽水时间逐渐减小,地面沉降量也会随着总应力的下降而减小。并且计算得出在600天的模拟时期内,总应力变化较总应力不变的情况下,累积沉降量要小将近30%。

关键词：地面沉降,总应力变化,多层含水层系统,抽取地下水,数值试验

参考文献

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地下水变化论文篇4

通过环境同位素及其Tamers、IAEA模型应用研究表明,黑河流域平原区地下水补给及更新与古气候变化密切相关,8000～5000 a BP、3500～2500 a BP和近10以来的`多雨期是主要补给期;潜水较年轻又更新快,承压水较老又更新慢;东部地下水更新较快,西部更新较慢;祁连山前戈壁带地下水更新较快,细土平原更新较慢;近河道带地下水更新速率大,远离河道则小.东部以山区降水通过出山地表径流补给为主,西部冰川雪融水和山区基岩裂隙水是主要补给源.因此,遵循地下水补给与更新的自然规律,与地表水联合优化调控,有利于该区地下水可持续利用及下游区生态环境保护.

作者：张光辉陈宗宇聂振龙刘少玉张翠云申建梅王金哲程旭学张荷生 ZHANG Guanghui CHEN Zongyu NIE Zhenlong LIU Shaoyu ZHANG Cuiyun SHEN Jianmei WANG Jinzhe CHENG Xüxue ZHNAG Hesheng 作者单位：张光辉,陈宗宇,聂振龙,刘少玉,张翠云,申建梅,王金哲,ZHANG Guanghui,CHEN Zongyu,NIE Zhenlong,LIU Shaoyu,ZHANG Cuiyun,SHEN Jianmei,WANG Jinzhe(中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄,050061)

程旭学,张荷生,CHENG Xüxue,ZHNAG Hesheng(甘肃省地勘局水文地质工程地质勘察院,甘肃张掖,734000)

德州市降水量变化对地下水的影响篇5

关键词：德州,浅层地下水,大气降水

1引言

地下水占全国水资源总量的1/3, 是我国许多城市的主要供水水源[1]。从区域分布来看, 北方的地下水资源状况正趋于恶化[2]。由于人们对地下水产生了极大的依赖性, 地下水的充足与否很大程度上影响到当地的经济和居民的生活状况, 还关系到社会的安定和和谐[3]。德州市是温带大陆性气候, 年降水量和当地水资源量年内、空间分配不均, 年际变化幅度大, 降水量从东南向西北呈递减趋势[4]。德州市区供水水源主要是地下水, 其次是黄河水[5]。近年的气候变化 (尤其是降水量的变化) 可能会对地下水的储量造成影响, 这主要是因为降水的入渗补给是地下水的主要补给源[6]。

2降水与地下水之间的补给关系

2.1近年来德州市降水特点与趋势分析

德州市属于温带大陆性气候, 年降水量和当地水资源量年内和空间分配都十分不均匀, 年际变化幅度也很大, 丰水年降水量能达到枯水年降水量的几倍, 降水的季节分布也极不均匀, 一年的降水主要集中在夏季, 6～8月降水量约占全年降水量的60%左右[5]。

由图2可以明显看出, 1990-2005年间德州市年际间降水的总趋势是下降的。相应地, 对1990-2005四季降水做出的季节性降水分析显示, 各季节降水量都呈下降趋势, 且以夏季下降趋势最为明显, 如图1:1990-2005年夏季降水过程曲线。1990-2005年间, 个别年份降水量有增加 (如2003年) , 但总体上德州地区夏季降水呈波动性下降。由于降水是地下水的最主要补给来源, 所以降水的减少很可能会造成地下水资源的减少, 进而影响当地居民的生产和生活。

2.2降水量变化对地下水水位的影响

降水量和蒸发量的大小直接或间接地影响到地下水水位的升降变化, 降水的入渗补给是地下水的主要补给源[7]。由图2得出:1990-2005年的降水量的年际变化趋势是年降水量呈下降趋势。而且, 浅层地下水水位和降水量的变化趋势是一致的。由此得出:德州地区地下水水位的高度是随降水量的变化而变化的。所以根据分析, 德州地区浅层地下水的高度也会因为降水量的减少而下降, 这一点与事实正好相符合。降水比较集中时, 潜水水位迅速抬升, 降水少时, 潜水水位则表现为下降趋势。

由图2看德州地区浅层地下水水位年际变化, 明显存在着丰水年水位埋深小, 枯水年份水位埋深大的特点, 年际间最大变化幅度达3 m。从最近几年潜水位动态变化看, 2002年春季潜水埋深最大, 基本上一直持续到年底, 水位没有得到恢复, 将会影响到明年对潜水的开采和对深层地下水的补给。

2.3典型年份 (2002、2003) 对比分析

2002年, 德州地区年降水量322.2毫米, 比上年偏少, 属于偏枯年份。

2003年, 德州地区年降水量753.4毫米, 较历年同期偏多37%, 为1916年有水文资料记载以来的第二位 (第一位为1 9 6 4年1 1 5 4 m m) , 属于丰水年份。

图3是2002年和2003年的地下水与降水相关关系的过程曲线图。对比图3中 (a) 和 (b) 发现, 在枯水年 (2002年) 和丰水年 (2003年) 地下水水位的全年变化趋势是不同的, 枯水年全年保持下降趋势, 丰水年则相反。丰水年份, 地表水是更常用的取水方式, 所以汛期造成的降水的增加会减少对地下水的取用。所以, 丰水年的枯水季节的地下水水位与汛期相比较, 变化不大。但在枯水年, 当地居民的生活和生产用水就更加依赖地下水, 导致在降水较少的年份汛期过后的下半年地下水的水位持续下降。这种情况会一直延续, 甚至影响到下一年的上半年, 直到下一次汛期来临之前。所以德州市的浅层地下水漏斗区逐年发展扩大的现状很大程度上是气候持续干旱和降雨量偏少造成的。

3结论与讨论

(1) 近年来德州地区大气降水呈现下降的总趋势。

(2) 大气降水是德州地区浅层地下水的主要补给来源, 所以受降水影响, 地下水水位年际变化与降水年际变化趋势相一致, 但年内变化趋势不一致。

(3) 枯水年由于超采地下水, 导致在降水较少的年份汛期过后的下半年地下水的水位持续下降, 并影响到下一年。

地下水变化论文篇6

地震的危害是巨大的，给人类的生产与生活造成了极大的不便。因此，充分做好地震的预防工作尤为重要。地震是由于地壳运动的影响,在短时间内释放出巨大能量。在能量传递的过程中,变形,地下流体(主要是水)的某些物理性质和化学组分都会产生灵敏的反应，这些反应在一定程度上与地震的产生有着密切的联系。下面我们将从两个方面总结并讨论。

1 地下水的宏观异常

1.1 地下水位的下弯形异常

即地震时地下水异常表现为水位首先出现下降后转折上升，在上升过程中发生地震，异常曲线呈下弯曲。此外，地下水的下弯形特性还表现为地震时水位异常的缓慢性、突变性和重复性。缓慢性表现为水位动态曲线的“临震回跳”，突变性表现为水位的往复式“高频”波动，重复性即震前出现的上升——下降型组合异常，规律明显。

1.2 地下水的空间异常

地下水在空间上的异常分布也是不均一的、不连续的。从分布的密度来说对于震源区，其地下水密度异常是最高的，并且随震中距的加大有减小的趋势。但也有例外，比如邢台、唐山等大地震极震区异常均很显著，尤其是临震异常。一般对于<=6级的地震而言，其地下水密度异常是有规律可循的。

1.3 地下水的时间异常

地下水异常在时间上表现为：异常发展的阶段性、同步性和出现时段的集中性。在阶段性中，中长期异常表现为以缓慢的变化为主。异常的同步性体现为：在条件各异的井孔中，其水位在大致相同的时段内出现的异常变化大致相同。而由异常出现时段的集中性可知,地下水震前异常主要集中在短临阶段。通过对表1中61次地震的294井次的异常分析,我们可以知道:越临近发震时刻异常数量越多。

2 地下水中的微观异常

地震前后地下水中的一些化学组分也会发生显著的变化。这些化学组分主要包括微量元素，放射性元素等。

2.1 微量元素异常

中强地震前，常会观测到微量元素的丰度发生突变。其中锂的丰度突变最具代表性。锂是亲岩元素,在许多硅酸盐矿物中分布。含锂水主要分布在深大断裂，它的含量随着压力的增高而增大,并且锂对温度有较强的敏感性,可以作为地热温标。例如1985年11月25日至12月18日在福建汤坑热水区进行了水压致裂试验,在加压前后对地下水中的锂进行了观测,发现在每次加压的过程中,锂均有明显的上升趋势,且在第一次加压过程中变化最大，如图1。

2.2 放射性元素异常

这些放射性元素有：铀、镭、、氡等，其中对氡的研究最为广泛。氡是地壳中放射性铀、镭和钍的蜕变产物,是一种惰性气体,在放射性矿石的地区、构造破碎带上都有氡的富集。因此地壳中放射性的岩石不断的向四周扩散氡气,使空气中和地下水中氡气含量变大,地震发生前期的变化更为明显(如表2)。

3 总结与分析

通过对地下水宏观及微观变化异常的研究,我们可以得出:

3.1 宏观方面

3.1.1 地下水位的下弯形异常现象比较明显,它既是地下水异可靠常性的有力证据,也是进行地震预报的基础资料,因此做好这方面工作对地震的预测意义重大.

3.1.2 地下水的空间异常由于各种因素的影响（如当地的构造应力条件、断裂带的展布以及区域性岩性的差别等等），异常在空间分布上呈现出不均一与不连续，这是地壳的结构与构造复杂作用的结果,对地震的预测具有辅助功能.

3.1.3 地下水的短期异常是地下水异常的主要成分,这一点在地震预报中它可以发挥重要作用。

3.2 微观方面

3.2.1 强烈地震前，地应力活动加强，微量元素不仅运移增强，含量也会发生异常变化，所以测定地下水中微量元素的含量增加可以作为一种地震前兆。

3.2.2 在临震阶段，岩石—水—气体平衡体系遭到剧烈破坏，所以放射性元素在地下水中的浓度发生突变。如经常能预测到氡浓度的临震突跳。

结论

通过以上的分析与总结,我们得出在地震的预防方面,通过在多震、易震地区设置多个地下水采样点,并定时对其进行动态监测与分析,并对地下水的宏观异常与微观异常特征进行综合判断研究。从而可以做到对地震的长期观测与预报,最大限度的减少地震带来的人员伤亡以及生命财产的损失!

摘要：本文主要总结了地震前后震区地下水的动态特征及其中所含化学物质的变化规律,并通过对地下水的运移特征以及所含化学组分的异常指示特征的分析,产生一系列与地震有关的指示关系,并对这些关系进行进一步的总结与认识。

关键词：宏观异常,微观异常,临震突跳

参考文献

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[4]赵振华.微量元素地球化学原理,科学出版社.1997年版.

地下水变化论文篇7

水是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是人类生存和发展的命脉。地下水具有较好水质,开采方便,已成为人们开发利用得最多的水源。在我国,尤其是北方干旱、半干旱地区,地下水的开采量正在逐渐加大[1]。人们在大量开采地下水的同时,对地下水资源,乃至整个地下水环境产生一系列的环境负面影响,甚至造成破坏。北京市是世界上为数不多的以地下水为主要供水水源的城市,地下水开发利用程度很高,占全市供水量的2/3左右[2],地下水的水质直接关系到人类的健康以及经济的发展[3]。而近年来,工农业高速发展产生的污染已经直接威胁到地下水水质,进而威胁到人类的健康。因此,分析浅层地下水中主要污染物的分布特征与时空变化动态,找到浅层地下水受污染的原因,能够对地下水资源的开发利用和污染治理提供可靠的支持。Mridul Chetia对印度的布拉马普特拉河流域进行了地下水砷污染评价研究,认为不仅是砷,铁、锰等含量也超过国际卫生组织的标准值,严重影响人类健康[4]。Samuel Y.等人对加纳东部岩石区进行了地下水水质评价,认为大部分区域pH值偏酸性且硝酸盐超标严重[5]。林健等人对北京市城近郊区地下水水质的空间分布状况、时空变化规律进行综合分析,研究地下水演变的规律,为地下水资源的开发和保护提供了地质依据[6]。陈浩等人应用ArcGIS进行了研究区域的地下水评价,认为地理信息系统的应用使工作强度大大减小[7]。蒙格平等人对大兴区地下水环境状况进行了初步探索,他们认为浅层地下水已经受到不同程度的污染[8]。本文将对北京市大兴区浅层地下水水质时空动态进行分析评价,旨在为研究区地下水保护提供依据。

1 大兴区概况

大兴区位于北京南部,辖区总面积1 036 km2,区内有14个镇,526个行政村,总人口58万人。现有耕地面积3.84万hm2,其中,蔬菜1.47万hm2,瓜类0.67万hm2,甘薯0.30万hm2,果树0.40万hm2。2010年,全区农业总产值实现48.2亿元。由于长期以来施肥量较大及以地面灌溉为主的灌溉方式,农业面源污染对地下水水质有一定影响[9]。大兴区全境属于永定河冲积平原[10],总的地势是西北高东南低,海拔13.4～52.0 m,属于暖温带半湿润大陆性季风气候。近10年来大兴区经济高速发展,污水大量排放,导致地面水源污染严重,水质均为劣五类水。大兴区内共有6条主要河道,分别是永定河、凉水河、天堂河、大龙河、小龙河和新凤河,其中凉水河、新凤河污染最严重。大兴区主要靠地下水作为供水水源,多年来,地下水位有下降趋势,地下水质呈逐步恶化的趋势。因此进行浅层地下水水质时空动态分析具有重要意义。

2 浅层地下水主要污染物的时空动态分析

大兴区地下水的总硬度近10年来严重超出国家标准,是地下水水质超标的最显著因素。农业面源污染对全国生态环境有举足轻重的影响,化肥尤其是氮肥的大量施用,使得大量氮素淋失到地下水中,造成硝酸盐氮、氨氮浓度超标,引起地下水水质恶化。因此,根据大兴区浅层地下水水质的实际状况和观测井多年监测数据,本文以近20年总硬度,硝酸盐氮和氨氮为主要指标,分析大兴区地下水水质时空动态。

2.1 总硬度

2010年大兴区浅层地下水总硬度分布如图1所示。大兴区地下水总硬度整体上都较高,其中北部和西南部浅层地下水中总硬度值超出了国家水质标准规定的III类水质的标准值。选取青云店、礼贤、黄村以及瀛海4个乡镇具有代表性且资料较完整的监测井,作出总硬度历年变化趋势图(图2)。结果表明,大兴区浅层地下水的总硬度从1990年到2003年一直有增大的趋势,但是从2003年开始有所下降。青云店地下水总硬度在1996年达到最大值416 mg/L,2006年后维持在320 mg/L左右。礼贤镇地下水总硬度在2003年达到最大值651 mg/L,2004年开始降低,数值低于450 mg/L。黄村地下水总硬度从1997年到2007年一直有增大的趋势,在600 mg/L上下变动,2007年后开始下降,到2010年为止下降了200 mg/L。总之,总硬度从1990-1997年逐渐升高,之后保持不变。

2.2 硝酸盐氮

2010年大兴区浅层地下水硝酸盐氮分布如图3所示。其北部浅层地下水中硝酸盐氮含量大于其他地区。其中,瀛海镇的忠兴庄的观测数据在20 mg/L以上,黄村镇的观测数据也在17 mg/L左右。

选取黄村、青云店、西红门及瀛海四个乡镇具有代表性且资料较完整的监测井监测数据进行分析(图4)。黄村硝酸盐氮含量从1991年开始增大,到2000年以后基本上超于10 mg/L。青云店硝酸盐氮含量相对较低,且年季变化不太明显,最大值是1994年的7.13 mg/L,最小值是2006年的1.27 mg/L,相差6倍。瀛海镇硝酸盐氮含量很大,变化速度也很大,从2006年的20.80 mg/L增大到了2010年的45.90 mg/L。总之,浅层地下水中硝酸盐氮含量从1990-2010年则一直在升高。

2.3 氨氮

2010年大兴区浅层地下水氨氮分布如图5所示。大兴区南部浅层地下水中氨氮含量明显大于其他地区,榆垡镇的观测数据明显超标,其他地区氨氮含量比较低。

选取黄村、青云店、礼贤及榆垡4个乡镇具有代表性且资料较完整的监测井,作出其变化趋势图(图6)。黄村、青云店、礼贤三镇在1998年分别达到最大值0.55 mg/L,0.38 mg/L,0.25 mg/L,然后开始逐年下降。从2000年开始,4个镇氨氮含量基本维持在0.05 mg/L左右。总之,浅层地下水中氨氮含量从1990-1998年逐渐升高达到最大值,从1998-2003年逐年降低,之后保持不变。

2.4 分析水质动态变化原因

地下水总硬度增大主要是由于人为污染和超量开采引起的。大兴区从20世纪80年代开始利用污水灌溉并逐年加大污灌面积 ,工业废水以及居民生活污水的大量排放导致了总硬度的增加;而超量开采导致水动力场以及水文地球化学环境的改变也引起了总硬度的增加。

硝酸盐氮和氨氮含量主要受氮素污染源的影响。含氮工业废水废气的排放、生活垃圾的堆放、农业化肥农药的大量使用都会造成它们浓度的增加。1998年大兴区地下水中氨氮浓度突然增大,可能是因为相较于前后几年而言1998年降雨量和雨强比较大,大量含氮有机物随降雨进入地下水中引起的。

3 地下水污染原因

污染源的分布是导致地下水污染的根本原因。生活污水,工业废水,农业施肥灌溉以及垃圾填埋场都会造成地下水污染,而经济的快速发展,人口的急速增加,地下水的过量开采都会导致水质恶化。表层地质环境和地下水贮存条件也对污染物的入渗影响很大。大兴区地下水污染的原因可归于以下几点。

(1)大兴区的过境河流基本上承载了北京市排放的污水,这些河水用于灌溉会对浅层地下水水质产生极大地影响。

(2)1958年大兴区由河北省归入北京市,从1980年到1999年大兴区农业进入了高速增长时期,农业生产总额由3.6亿元增长到14.06亿元,农药、化肥的大量使用使得农业面源污染增大了大兴区地下水的硝酸盐氮含量。

(3)近年来按照北京市建设规划,大兴区正处于蓬勃发展时期。黄村镇是区政府所在地,北部的亦庄、旧宫等乡镇正在建设经济开发区,相对其他地区经济较发达,工业废水排放比较多,因此地下水污染比较严重。为进一步说明近年来社会经济的发展对大兴区地下水质的影响,应用ArcGIS分析了2006-2010年间地下水总硬度、硝酸盐氮、氨氮的变化量(图7)。结果表明,大兴东北部和西南部地区主要污染物增加较多,主要是黄村镇、瀛海镇、亦庄镇、旧宫镇、榆垡镇等经济、农业比较发达的地区。

4 结语

(1)目前大兴区浅层地下水中主要污染物含量比较高,总硬度含量更是超标严重。其中,南部和东部水质好于北部和西部地区。

(2)近十几年来地下水水质有恶化的趋势,农业面源污染的加剧成为水质恶化的主要影响因素之一。地面污染源与地下水水质之间的关系需要进一步研究分析。

(3)大兴区浅层地下水水质亟待治理,需要尽快建立地下水污染评价和管理制度,解决污染源问题,提高地下水水质。

参考文献

[1]陈江,聂振龙,王莹.北京市地下水资源利用现状评价[J].南水北调与水利科技,2008,6(6):97-99.

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[9]张从.中国农村面源污染的环境影响及其控制对策[J].环境科学动态,2001,(4):10-13.

地下水变化论文篇8

红旗岭农场隶属于红兴隆分局。红兴隆分局是三江平原的重要组成部分,为我国重要的商品粮生产基地。该区地下水开发利用程度比较高。该地区地下水总储量7.77亿m3/a,可开采量5.85亿m3/a,2006年地下水可开采量7.39亿m3,超出可开采量1.54亿m3。由于无节制地开采地下水,致使地下水位大幅度下降,机电井每年出现大量的吊泵现象,造成水稻减产。因此,研究地下水动态变化规律,预测未来变化趋势,为该区域合理发展水田面积及地下水资源的科学提供科学依据,对地下水资源可持续利用与管理有着重要的意义。

1 小波随机耦合模型原理

1.1 小波随机耦合模型建模基本思路

首先将研究的水文时间序列采用快速小波变换算法进行小波分解,得到某尺度下的小波变换序列;然后对各小波变换序列的主要成分(随机成分或确定成分)进行识别,对各小波变换序列进行互相关分析,并建立各小波变换序列适宜的数学模型;最后采用小波变换重构算法得到所研究水文时间序列的小波随机耦合模型。

1.2 快速小波变换算法

当采用连续小波变换或离散小波变换对水文时间序列f(t)进行小波分析时,所获得的小波系数信息冗余,计算量较大。因此,在实际应用中,多采用快速小波变换算法来计算小波变换系数。著名的小波变换算法包括Mallat算法和A Trous算法,本文采用简单、快捷、计算量小的A Trous算法。

设对水文时间序列f(t)(t=1,2,…,N)进行小波分解,令C0(t)=f(t),A Trous算法的分解过程如下:

$\begin{array}{l} C^{j} (t) = \sum_{k = - \infty}^{+ \infty} h (k) C^{j - 1} (t + 2^{j} k) (1) \\ W^{j} (t) = C^{j - 1} (t) - C^{j} (t) (2) \end{array}$

式中:Cj(t)、Wj(t)(j=1,2,…,P)分别为在尺度P下的尺度系数(背景信号)和小波系数(细节信号);P为尺度数,一般认为至多有lgN(N为序列的长度)个尺度;h(k)为离散低通滤波器,与滤波器的长度有关,滤波器一般选用对称紧支撑三阶B样条,即h(k)=(1/16,1/4,3/8,1/4,1/16)。称(W1(t),W2(t),…,WP(t),CP(t))为在尺度P下的小波变换序列。A Trous算法的重构过程如下:

$C^{0} (t) = C^{Ρ} (t) + \sum_{j = 1}^{Ρ} W^{j} (t) (3)$

2 应用实例

本文根据红旗岭农场1996～2004年的逐月地下水埋深实测序列变化曲线(见图1)并建立小波随机耦合模型,将2005年的逐月地下水埋深实测序列资料作为预留检验,对当地地下水埋深动态进行预测,为当地地下水的科学管理提供参考依据。

从图1可以看出,红旗岭农场的逐月地下水埋深呈逐渐增大的趋势,地下水位的持续下降已经严重的破坏了当地地下水资源的供需平衡。

2.1 实测逐月地下水埋深序列平稳化处理

由图1可以看出,红旗岭农场实测逐月地下水埋深序列Ht为一非平稳时间序列,同时具有非常明显的以年为周期的变化规律,因此可以对逐月地下水埋深序列Ht进行季节差分。由于在均值水平上不平稳,因此认为只需对其进行一次差分即可达到平稳,即:

$X_{t} = \nabla Η_{t} = Η_{t} - Η_{t - 12} = (1 - B^{12}) Η_{t} (4)$

通过差分,使得逐月地下水埋深序列由非平稳序列转化为平稳序列 ,见图2。

2.2 逐月地下水埋深差分序列小波分解与重构

采用前述的A Trous算法,取尺度数P=2,对红旗岭农场1996～2004年的逐月地下水埋深差分序列Xt进行分解。序列Xt长度有限(n=96),利用式(1)、式(2)计算无法得到完整的小波分解序列W1(t)、W2(t)和C2(t),因此需要对序列进行边界延拓。传统的小波变换边界延拓方法有零值延拓、恒值延拓、对称延拓、线性延拓、抛物线延拓、平滑延拓、多点拟合延拓、AR模型预测延拓等。本文彩用两次延拓,第一次用线性延拓,第二次用线性延拓和恒值延拓各占权重50%的延拓方法,线性延拓公式为x(t)=2x(t-1)-x(t-2),恒值延拓公式为x(t)=x(t-1)(t≥n)。再利用式(1)、(2)可以计算得到完整的小波分解序列W1(t)、W2(t)和C2(t),见图3(a)、(b)、(c)。将各小波分解序列进行叠加,得到重构序列Yt,见图3(d)。由图3(d)可以看出,重构过程与图2中序列Xt变化过程完全一致,因此,采用A Trous算法对红旗岭农场逐月地下水埋深差分序列进行分解是可行的。

2.3 小波变换序列成分识别

采用公式(5)和(6)计算各小波变换序列的自相关系数和方差谱密度,通过计算机编程绘图再结合图3分析各小波变换序列的变化特性,可以近似认为W1(t)代表序列Xt的随机项,W2(t)代表序列Xt的周期项,C2(t)代表序列Xt的趋势项。

$\begin{array}{l} r_{k} = \frac{\sum_{t = 1}^{n - k} (x_{t} - \bar{x}) (x_{t + k} - \bar{x})}{\sum_{t = 1}^{n} (x_{t} - \bar{x})^{2}} (5) \\ S_{f_{j}} = 2 [1 + 2 \sum_{k = 1}^{m} D_{k} r_{k} \cos 2 π f_{j} k] (6) \end{array}$

2.4 小波变换序列互相关分析

采用公式(7)分别计算各小波变换序列的互相关系数,绘制互相关图,并加绘95%容许限。rk(C2(t),W1(t))

$r_{k} (X, Y) = \frac{\sum_{t = 1}^{n - k} (X_{t} - \bar{X}) (Y_{t + k} - \bar{Y})}{[\sum_{t = 1}^{n} (X_{t} - \bar{X})^{2} \sum_{t = 1}^{n} (Y_{t} - \bar{Y})^{2}]^{1 / 2}} (7)$

由图4可以看出,各小波变换序列互相关系数基本上落在95%容许限范围以内,且趋近于0。因此,各小波变换序列互相关性较小,可以认为小波变换序列W1(t)、W2(t)和C2(t)两两独立。上述互相关分析结果表明,小波变换序列W1(t)、W2(t)和C2(t)成分单一,比序列Xt要简单,因此分析和处理Xt就转嫁为对W1(t)、W2(t)和C2(t)进行处理。

2.5 建立细节序列W1(t)的随机模型

通过计算机编程计算,小波分解细节序列W1(t)的均值 $\bar{W_{t}^{1}} = - 0.006 1 \approx 0$ ,方差σ $_{W^{1}}^{2}$ =0.031 5,偏态系数Csw1=0.031 4≈0,所以认为序列W1(t)近似于正态分布,不必进行正态性转化。

对序列W1(t)分别进行自相关分析和偏相关分析,自相关图具有拖尾性,而偏相关图具有截尾性,所以初步判定模型形式为AR(p)模型。参考有关文献,判定模型阶数为6,属于AR(t)模型。对AR(6)模型参数进行计算,建立如下自回归模型:

$\begin{array}{l} W^{1} m (t) = 0.558 6 W^{1} (t - 1) - 0.354 3 W^{1} (t - 4) \\ - 0.362 9 W^{1} (t - 6) + ε_{1} (8) \end{array}$

采用BIC准则对AR(p)模型的阶数进行进一步识别。当P=6时,BIC达到最小值,BIC(6)=96ln0.008 3 +6ln 96/96=-670.142 3。这说明初步确定的模型阶数为6阶是合适的。

采用自相关系数综合检验法检验残差项εt是否为独立序列。经过计算,统计量Q=0.016 5,n=96,取m=20,查χ2表得Q<χ $_{0.05}^{2}$ ,所以εt为独立随机序列。对独立随机序列εt的正态性进行检验可近似认为εt～(0,0.011 8)正态分布。因此,细节序列W1(t)随机项模型为:

$\begin{array}{l} W^{1} m (t) = 0.558 6 W^{1} (t - 1) - 0.354 3 W^{1} (t - 4) \\ - 0.3629 W (t - 6) + ε_{t} \\ ε_{t} ~ (0, 0.031 5) (9) \end{array}$

2.6建立细节序列W2(t)和C2(t)背景序列的自回归模型

细节序列W2(t)和背景序列C2(t)为确定成分,可以借助于水文学中的自回归模型(略去随机变量εt)对序列W2(t)和C2(t)进行描述。分别对序列W2(t)和C2(t)进行自相关分析和偏相关分析,并采用BIC准测,判定所需建立的W2(t)和C2(t)自回归模型阶数均为4阶。序列W2(t)和序列C2(t)的AR(4)模型分别为:

$\begin{array}{l} W^{2} m (t) = 0.5503 W^{2} (t - 1) + \\ 13 495 W^{2} (t - 2) - 0.735 4 W^{2} (t - 3) - 1.050 3 W^{2} (t - 4) (10) \\ C^{2} m = 0.697 0 C^{2} (t - 1) + 0.634 5 C^{2} (t - 2) - \\ 0.533 4 C^{2} (t - 3) + 0.295 8 C^{2} (t - 4) (11) \end{array}$

2.7 小波随机耦合模型组合与拟合

将上述各小波变换序列模型进行叠加并还原,就可以得到红旗岭农场逐月地下水埋深小波随机耦合模型,即

$\begin{array}{l} Η_{t} = X_{t} + Η_{t - 12} \\ = W^{1} m (t) + W^{2} m (t) + C^{2} m (t) + Η_{t - 12} (12) \end{array}$

采用建立的逐月地下水埋深小波随机耦合模型对红旗岭农场1996～2004年的逐月地下水埋深进行拟合,见图5。

2.8 小波随机耦合模型精度检验与预测

采用所建小波随机耦合模型的拟合数据进行拟合效果检验。拟合效果评价指标后验差比值C=0.072 1,小误差频率p=1。采用未参加建模的2005年逐月地下水埋深实测数据进行后验预测检验,见图6。经过计算,试报效果指标相对均方误差e1=0.34%,拟合准确率E2=1。可见,拟合效果评价指标和试报效果指标均达到一级标准,因此,所建的红旗岭农场地下水小波随机耦合模型可靠性和预测精度较高,可用于预测红旗岭农场未来地下水位。

3 结语

通过小波的分解,将地下水埋深序列分解成确定性成分和随机性成分,利用小波随机耦合模型建立红旗岭农场地下水埋深动态预测模型,对地下水埋深进行模拟和预测,精度检验结果表明,该模型的拟合效果较好,预测精度较高,较为全面地反映了红旗岭农场的地下水动态变化规律,为区域地下水资源的可持续利用提供了可靠的依据。

参考文献

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阜新市地下水水质变化趋势分析篇9

1 地下水水质现状

依据《地下水质量标准》(GB/T 14848-93),分别按照单项组分评价和综合评价对阜新市的10处地下水井进行了地下水质量评价,并以Ⅲ类水标准值的上限值确定为地下水控制标准。2010年共对阜新市的10眼地下水井进行了水质监测与评价,水质类别在Ⅳ～Ⅴ类之间。其中,7眼地下水井水质类别为Ⅳ类,3眼地下水井水质类别为Ⅴ类。10眼监测井均存在不同程度的超标现象,主要污染物为铁、氨氮和亚硝酸盐氮。综合评价结果表明,在10眼地下水井中,9眼地下水井质量级别为较差,1眼地下水井质量级别为极差。总体上来说地下水水质状况较差。

2 地下水水质变化趋势分析

2.1 分析方法及参数

地下水水质变化趋势分析,选用Spearman秩相关系数法进行检验。该方法要求具备足够的数据,一般至少采用4个期间的数据。秩相关系数的计算公式如下:

式中:di是变量Xi与变量Yi的差值;Xi是周期1至周期n按浓度值从小到大排列的序号;Yi是按时间顺序排列的序号。将秩相关系数γs的绝对值同Spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较,当|γs|>Wp,则表明变化趋势有显著意义。对各监测井的氯化物、总硬度、高锰酸盐指数、铁、氨氮(NH4)、亚硝酸盐(以N计)和硝酸盐(以N计)等7项参数进行趋势分析。

2.2 地下水水质变化趋势分析

根据2001—2010年阜新市10眼地下水井的水质监测数据,计算各监测地下水井的秩相关系数γs。取置信水平α=0.05,查得之相关系数检验临界值Wp=0.564,通过对两者的比较,判别各监测井评价项目的变化趋势。

地下水水质变化趋势分析结果表明,2001—2010年间,章古台高锰酸盐指数和硝酸盐氮呈上升趋势,其他指标变化趋势不显著;苇子沟总硬度和氨氮呈上升趋势,其他指标变化趋势不显著;新屯子亚硝酸盐氮和硝酸盐氮呈上升趋势,其他指标变化趋势不显著;乱山子铁和亚硝酸盐氮呈下降趋势,其他指标变化趋势不显著;周家街氨氮呈下降趋势,硝酸盐氮呈上升趋势,其他指标变化趋势不显著;苍土氯化物和硝酸盐氮呈上升趋势、氨氮和铁呈下降趋势,其他指标变化趋势不显著;大五家子氨氮呈上升趋势,其他指标变化趋势不显著;大固本、大庙、双庙7项指标变化趋势均不显著。

3 地下水污染成因分析

地表水是地下水的主要补给来源,因此地表水体受到污染极易导致阔边地下水的污染。未经处理的工业、城市生活污水直接排入河道,对地表水造成严重污染,且严重影响沿岸地下水水质。农业耕种使用的农药和化肥,也是造成地下水污染的原因之一。通过2010年监测数据可以看出,阜新地区地下水“三氮”(即氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮)超标现象显著,这与化肥的使用有着密切的联系。

另外,煤矿生产过程中形成的矿井水排到地面后会对地表水造成污染,受矿坑水污染的地表水,直接补给浅层地下水,致使浅层地下水受到不同程度的污染。煤炭生产过程中排放的固体废物经过雨水淋滤,溶解渗入地下,也会对地下水造成严重污染。

通过Spearman秩相关系数法对阜新市10眼地下水井近10年的高锰酸盐指数、氨氮、总硬度、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氯化物和总硬度等7项指标进行了水质趋势分析。结果表明,有4眼井的硝酸盐氮呈上升趋势,4眼井氨氮呈下降趋势,2眼井铁呈下降趋势。虽然有的指标变化趋势呈下降趋势,但当地地下水水质状况仍不容乐观,水质污染现象严重。导致水质污染严重的原因包括地下水过度开采,“三废”的排放、污水灌溉、农药化肥施用不当、煤矿开采过程的污染等。

参考文献

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