城市地下水资源承载力综合评价模型研究—以中国东部沿海地区为例.docx

【摘要】城市地下水资源管理对于促进城市的可持续发展和民生福祉至关重要，合理管理地下水资源，可以保隙城市供水的稳定性和可持续性，有效地防止地下水灾害的发生。本文以南通市为例，针对城市地下水资源的可持续利用问题，开展了城市地下水资源承载力综合评价模型研究，包括木底评价和状态评价。在本底评价方面，考虑了可开采地下水资源的数量和质量，以及原生劣质地下水区面积占比两个指标。在状态评价方面，考虑了地下水水位相对下降点占比、地下水开采程度以及地下水污染点占比三个指标，以评估地下水的利用程度和质量。为南通市及其他东部沿海城市的地下水资源管理和利用提供了参考依据。研究结论如下：(1)南通市的第I和第In承压水可开采资源总体较低，原生劣质地下水占比较高，大部分地区为V级，承载本底因子也较低。地下水污染面积较大，水质问题突出，且地下水开采程度不均衡。(2)南通市第I承压水水量充足，水位较高，适合浅层地热能开发。但由于地下水矿化度高,铁含量过高等因素容易对地源热泵设备造成堵塞和腐蚀，影响其正常运行，因此需要改造。(3)南通市第In承压水因为铁元素超标而造成原生劣质地下水面积占比较大，承载本底因子较低，排除铁元素影响后，大多数地区的第In承压水属于优质地下水。【关键字】；地下水资源；承载能力；模糊综合评价；状态评价，本底评价AbstractUrbangroundwaterresourcemanagementisveryimportanttopromotethesustainabledevelopmentofthecityandthewell-beingofthepeople,slivelihood.ReasonablemanagementOfgroundwaterresourcescanensurethestabilityandsustainabilityofurbanwatersupplyandeffectivelypreventtheoccurrenceofgroundwaterdisasters.TakingNantongCityasanexample,aimingatthesustainableutilizationofurbangroundwaterresources,thispaperstudiesthecomprehensiveevaluationmodelofurbangroundwaterresourcescarryingcapacity,includingbackgroundevaluationandstateevaluation.Amongthem,inthebackgroundevaluation,twoindicatorsofgroundwaterexploitableresourcemodulusandtheproportionofprimaryinferiorgroundwaterareaareconsideredtomeasurethetotalamountandqualityofgroundwaterresources.Intermsofstateevaluation,threeindicators,theproportionofrelativedeclinepointofgroundwaterlevel,thedegreeofgroundwaterexploitationandtheproportionofgroundwaterpollutionpoint,areconsideredtoevaluatetheutilizationdegreeandqualityofgroundwater.Thecomprehensiveevaluationmodelofurbangroundwaterresourcescarryingcapacityisestablished,whichprovidesareferenceforthemanagementandutilizationofgroundwaterresourcesinNantongandothereasterncoastalcities.Theconclusionsareasfollows:(1)TheexploitableresourcesofthefirstandthirdconfinedwaterinNantongCityaregenerallylow,andtheproportionofprimaryinferiorgroundwaterisrelativelyhigh.MostareasaregradeV,andthecarryingbackgroundfactorisalsolow.Groundwaterpollutionareaislarge,waterqualityproblemsareprominent,andthedegreeofgroundwaterexploitationisnotbalanced.(2)ThefirstconfinedwaterinNantongCityissufficientandthewaterlevelishigh,whichissuitableforshallowgeothermalenergydevelopment.However,duetothehighsalinityofgroundwaterandthehighironcontent,itiseasytocauseblockageandcorrosiontothegroundsourceheatpumpequipment,whichaffectsitsnormaloperation,soitneedstobereformed.(3)TheIIIconfinedwaterinNantongCityaccountsforalargeproportionoftheoriginalinferiorgroundwaterareaduetotheexcessiveironelement,andthebackgroundfactorislow.Afterexcludingtheinfluenceofironelement,theIIIconfinedwaterinmostareasbelongstohigh-qualitygroundwater.KeywordsGroundwaterresources;bearingcapacity;evaluationmethod;1 雌11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 国内外研究现状21.4 主要研究内容31.5 总体技术流程42 数据来源42.1 研究区概况42.2 样品采集62.3 数据预处理62.3.1 采样点水质数据72.3.2 地下水水位数据93 地下水资源承载力评价指标体系构建103.1 评价指标体系构建103.1.1 承载本底评价介绍113.1.2 承载状态评价介绍113.2 地下水承载本底评价方法123.2.1 地下水可开采资源模数123.2.2 原生劣质地下水区面积占比1333地下水承载状态评价方法153.3.1 地下水水位相对下降点占比153.3.2 地下水开采程度153.3.3 地下水污染点占比164地下水资源承载力评价结果164.1 地下水资源承载本底评价结果164.1.1 地下水可开采资源模数计算174.1.2 原生劣质地下水面积占比计算184.2 地下水资源承载状态评价结果254.2.1 地下水水位相对下降面积占比计算254.2.2 地下水开采程度评价274.2.3 地下水污染点占比305结论与展望31介考文献32致谢341绪论.研究背景地下水资源是人类社会发展中不可或缺的一种水资源，其在农业生产、工业制造、城市供水等方面都起着至关重要的作用。随着城市化进程的加快和人口的增长，地下水资源的开发和利用逐渐变得越来越重要。尽管中国拥有广袤的土地和丰富的资源，但在水资源方面却相对稀缺，成为全球13个人均水资源短缺的国家之一。这主要表现为水资源的消耗量极高，但利用效率却偏低。以农业用水为例，各地的梁灌区水利用系数仅为0.3左右，而井灌区的水利用系数也不足0.7,城市人均用水量仅达到发达国家的中等水平。在工业方面，中国存在大量的用水问题，工业生产用水重复利用率仅为40%,与发达国家的水平相差甚远。此外，中国地下水污染状况仍然严峻，根据2018年中国生态环境质量公报数据，在全国10168个国家级地下水水质监测点中，IV类水质监测点占70.7%,V类占15.5%。水质达标率仅13.8%,近年来，东部沿海地区的地下水资源受到了严重的污染和过度开采的威胁，特别是在一些经济发展较快的城市，地下水资源的质量和储量已经出现了明显的下降。评价地下水资源是实现可持续利用地下水的重要手段之一。通过对地下水资源的评价，可以制定科学的水资源开发和保护规划，优化水资源配置，提高利用效率，实现可持续利用。主要研究方法有主成分分析法、模糊综合评价法、集对分析法等，并取得了一定的成果。目前，国内外学者越来越重视地下水资源承载力的研究，并且该研究已经引起了广泛的关注。一方面，研究人员开始关注地下水资源承载力的时空变化规律,通过建立数学模型和GIS技术等手段，探索地下水资源承载力的分布特征和变化趋势;另一方面，研究人员开始探索地下水资源承载力的影响因素，从人类活动、气候变化、地质条件等方面入手，分析其对地下水资源承载力的影响机制，为制定科学的地下水资源管理策略提供科学依据。1.2 研究意义(1)指导地下水资源管理决策：地下水资源承载力的研究可以为地下水资源管理决策提供科学依据，包括制定地下水开采和利用的限额和管理措施，保护地下水资源的可持续利用。(2)促进可持续发展：地下水资源承载力的研究可以促进人类社会的可持续发展。通过评估地下水资源承载力，制定科学的地下水资源管理策略，避免地下水过度开采和污染，保障地下水资源的可持续利用，从而促进城市的可持续发展。（3）后续依据南通市地下水承载力评价结果，可以进一步为南通市地下空间承载力建模提供重要依据，确定南通市地下空间承载力预警状态，提出相应的管控措施与保障机制，指导南通市经济与环境的可持续、协调发展。研究地下水资源承载力具有重要的理论和实践意义，对于保障南通市地下水资源的可持续利用，促进城市的可持续发展至关重要。1.3 国内外研究现状国外研究现状主要集中在地下水资源的评价和管理方面，尤其是在地下水可持续利用和管理方面做了很多研究工作。美国国家地下水协会提出了一种基于可持续利用的地下水管理模式1，以确保地下水资源的长期可持续利用；加拿大地质调查局开发了一种地下水资源管理的决策支持系统山】，以协助决策者进行地下水资源评价和管理。国内研究现状主要集中在地下水资源的评价、开采和管理等方面，尤其是在城市地区地下水资源承载力研究方面做了不少工作。评价方法主要包括指标体系构建、指标权重确定、评价模型建立等内容，其中指标体系构建是评价的核心。常见的评价模型有燧权法，层次分析法，主成分分析法，模糊综合评价法等HL如段扬等人以银川平原为研究对象，耦合信息燧权法国和模糊综合评价法计算银川平原地下水资源承载力，并对其进行时空分析刘彦斌等人基于灰色系统理论对江苏省徐州市的地下水资源承载力进行评价U胡，并提出了相应的管理建议，以保证地下水资源的合理利用和保护；李治军等人采用层次分析法和燃权法分别确定指标权重，利用乘法合成计算出组合权重，最后通过模糊综合评价法对周口市水资源承载力进行评价。那鸿峰对挠力河流域建立了地下水流数值模拟模型”叫构建了挠力河流域灌区地下水资源承载力评价指标体系。刘英杰