三江平原地下水动态变化规律与仿真问题研究

论文题目: 三江平原地下水动态变化规律与仿真问题研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 农业工程

作者: 郭龙珠

导师: 王福林

关键词: 三江平原,地下水,地图数据处理,分布式模型,水资源可持续配置

文献来源: 东北农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 三江平原地处黑龙江的东北部,面积10.88×10~4km~2,经过近50年的开发,已成为重要的商品粮基地,现有耕地3.51×10~4km~2,粮食总产超过128.81×10~8kg,总人口达852万人,三江平原地区还拥有我国最大面积的湿地,随着社会经济高速发展和国家粮食战略安全储备需求,对水资源的需求量越来越大,三江平原已经成为水资源紧缺、地下水开发利用程度高、水环境问题严重的地区之一。根据三江平原的实际情况和问题,以区域水循环理论为指导,在社会、经济、生态全面可持续发展的前提下,应用GIS理论技术、水文学、地下水动力学、数值法、数理统计、神经网络、运筹学对地下水系统资源量进行评价与配置,对充分发挥区域优势,确保三江平原经济与农业永续增长,解决国家粮食供求矛盾具有重要的理论意义和现实意义。三江平原地下水在总供水中占有重要位置,90%的城市以开采地下水为主,2001年该区地下水供水量占总供水量的63.54%。因而地下水利用引发的问题倍受政府、管理部门和科学界的关注。该区自1956年至2002年主要进行了四次区域性的地下水资源评价工作,这些评价均以第四系地下水资源为研究对象,以开发为目的对平原区和山丘区地下水资源分别评价,没有考虑全面刻画地下水文系统输入输出的转化关系,无法模拟变化环境下的地下水文过程,因此,有必要在前人研究的基础上,重新评价三江平原地下水资源。本文主要针对三江平原近年来频发季节性干旱的气候特点和地下水开发利用出现的一些相关环境地质问题,对区域水文地质条件、地下水系统特征、区域“大气水——地面水——地下水”转换关系、地下水资源评价与预报和区域水资源可持续配置进行了较为系统的探索,为实现区域水资源联合高效利用取得如下创新意义的成果: 1.应用地图数据处理模型分析地下水系统特性,建立了优势河流空间分布趋势模型、用Q-Q图检验地貌指标选取合理性,对地貌特征进行区划,应用克立格插值法生成连续地下水系统,创建研究区TIN表面模型,运用可视域分析观测井布局合理性,取得了较为满意的效果,为构建分布式地下水模型奠定了计算基础。 2.建立分布式三维地下水物理模型综合评价研究区第四系和第三系地下水资源,模型识别和检验结果表明所建立的数学模型、边界条件、水文地质参数和源汇项的确定都符合实际情况,较好地解决了孔隙裂隙水并存地区的评价问题,可以用来模拟大尺度区域地下水系统动态。 3.应用随机模型预测降水量、区域开采量,与分布式模型结合构建随机——确定耦合模型,分析社会、经济、环境变化下的地下水资源供需前景。包括用门限自回归降水量预测模型探讨近45年区域降水量演化趋势,并预报2010年降水量;用径向基函数网络(RBF)建立地下水开采量预报模型,将随机模型预报的降水量和开采量按照研究区实际情况离散,与建立的分布式模型耦合,分析2010年区域地下水系统演化趋势。 4.将地下水资源管理配置范围从社会经济用水拓展成在区域社会经济系统和生态环境系统中展开,应用复合形法求解水资源可持续配置模型,系统深入地研究了区域水资源的现状、问题和可持续发展,有助于实现水资源——社会经济——生态环境之间和谐发展。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 引言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究动态和趋势

1．2．1 地图数据处理模型分析地下水系统

1．2．2 分布式地下水物理模型

1．2．3 随机——确定耦合模型预测地下水演化趋势

1．2．4 以区域水循环为基础的可持续水资源调控

1．3 主要研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 三江平原地下水系统基本特征及其分析

2．1 水文地质条件

2．1．1 气象特征

2．1．2 优势河流空间分布趋势模型

2．1．3 Q-Q图检验地貌指标选取合理性

2．1．4 流域地貌特征分区

2．1．5 克立格插值法生成连续地下水系统

2．2 区域地下水系统分析

2．2．1 区域含水层结构

2．2．2 地下水分布及其富水性特征

2．3 应用表面分析评价观测井布局合理性

2．3．1 创建流域TIN表面

2．3．2 可视域分析观测网布局合理性

3 挠力河流域地下水系统动态特征研究

3．1 地下水系统流动特征

3．1．1 浅层地下水循环系统

3．1．2 深层地下水循环系统

3．2 地下水系统动态类型

3．3 应用PLS研究三江平原地下水动态变化规律

3．3．1 影响因素的确定

3．3．2 应用PLS分析地下水动态

3．3．3 模型分析

3．4 小结

4 流域地下水概念性模型

4．1 流域水均衡关系

4．1．1 均衡区和均衡时段划分

4．1．2 水量均衡方程

4．2 水文地质参数

4．2．1 渗透系数k

4．2．2 给水度μ及深层承压水弹性释水系数s

4．2．3 地下水蒸发强度

4．2．4 降水入渗补给系数

4．2．5 灌溉回归入渗系数刀

4．3 流域年地下水资源量分析

4．3．1 流域地下水补给量

4．3．2 流域地下水排泄量

4．4 流域地下水资源总量估算

4．4．1 现状基准年(2001年)

4．4．2 多年平均地下水资源量

4．5 地下水可开采资源量的确定

5 分布式地下水物理模型评价三江平原地下水系统

5．1 分布式地下水物理模型

5．1．1 地下水流数学物理模型

5．1．2 应用分布式物理模型模拟流域地下水动态

5．2 模型结构

5．2．1 基本结构模块

5．2．2 计算单元间渗流模块

5．2．3 边界模块

5．2．4 井流模块

5．2．5 补给模块

5．2．6 蒸发模块

5．3 水文地质条件处理及其参数的赋值

5．4 预调共扼梯度法求解分布式地下水模型

5．4．1 预调共扼梯度法

5．4．2 模型的拟合和检验

5．5 流域地下水资源系统评价

6 2010年地下水系统演化趋势

6．1 应用门限自回归模型分析近期降水量变化趋势

6．1．1 门限自回归模型特点

6．1．2 门限自回归流域降水量预报模型

6．1．3 近期流域降水量变化趋势

6．1．4 2010年降雨入渗补给量预测

6．2 地下水开采量前景分析

6．2．1 径向基函数网络(RBF)概述

6．2．2 地下水开采量的径向基函数网络预测模型

6．2．3 2010年地下水开采量预测

6．3 分布式随机——确定耦合模型预报流域地下水动态

6．3．1 随机——确定耦合的分布式地下水评价模型

6．3．2 应用分布式随机——确定耦合模型预报流域地下水动态

6．3．3 2010年挠力河流域地下水演化趋势

7 流域水资源可持续配置

7．1 水资源配置现状与环境地质问题

7．1．1 水资源配置现状

7．1．2 地下水资源开发引起的问题

7．2 生态需水量

7．2．1 植被建设生态环境需水量

7．2．2 水土保持需水量

7．2．3 城市生态环境需水量

7．3 流域水资源可持续配置模型

7．3．1 目标函数

7．3．2 约束条件

7．4 复合形法求解流域水资源可持续配置模型

7．4．1 复合形法

7．4．2 流域水资源可持续配置方案

8 结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2005-10-31

参考文献

[1].鄂尔多斯白垩系地下水盆地地下水资源可持续性研究[D]. 王玮.长安大学2004
[2].干旱山区地下水资源开发应用研究[D]. 孙承志.中国地质大学（北京）2007
[3].基于GIS的第四系地下水资源价值研究[D]. 陈超.中国地质大学(北京)2012
[4].地下水补给历史及其对气候变化的响应[D]. 邓林.长安大学2011
[5].基于变值系统理论的地下水资源可持续开发研究[D]. 高正夏.河海大学2004
[6].河北平原地下水资源可持续利用研究[D]. 刘志国.东北大学2007
[7].济南岩溶区地下水系统数值模拟及保泉供水管理模型研究[D]. 王建军.山东大学2016
[8].松原市龙坑水源地水量水质演化特征及预测研究[D]. 方樟.吉林大学2011

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