地下水安全性评价研究 ——以关中平原中部为例

论文摘要

地下水是一种宝贵的自然资源,与人类生产生活息息相关,是人类赖以生存和发展的物质基础。伴随着人口的增长和经济的发展,人类对地下水取水量的增大以及污染物的肆意排放,引发了严重的地下水安全问题,已引起人们高度关注。本文依托教育部、国家外专局高等学校学科创新引智计划（“111”）——干旱半干旱地区水文生态与水安全学科创新引智基地项目,以关中平原中部为典型案例区,开展对地下水安全问题的深入研究。本文主要围绕以下几个关键问题展开：①什么是地下水安全问题,地下水安全问题有哪些主要特征?地下水安全问题有几类,应如何分类?②地下水安全评价和地下水安全性评价有什么区别,应选择哪一种作深入研究?③根据地下水安全问题的特点,其安全性评价应分为质量安全性评价和数量安全性评价,两种评价的具体方法是什么,有什么不同?④地下水安全性评价方法在实际应用中如何实现,怎样检验评价结果的合理性?通过研究得到以下主要结论：（1）严格来讲,凡是与地下水有关的地下水自身的安全问题以及由地下水引发的外界环境的安全问题,都可以归为地下水安全问题范畴。将地下水安全问题分为两类：一类为外界环境直接或间接作用于地下水,引发地下水自身的安全状态发生变化,称为“自身安全”；一类为外界环境因地下水引发的用水安全问题,称为“用水安全”。（2）本次研究围绕地下水“自身安全”问题展开。地下水安全评价和地下水安全性评价,两者的本质区别在于前者侧重于状态评价,后者侧重于能力评价。为评价区域内地下水能够保持其自身处于安全状态的能力,本文开展对安全性评价的研究。尝试着分别从质量安全性和数量安全性两方面确定评价方法。（3）地下水质量安全性评价方面,侧重于地下水防污性能评价。对广泛应用的DRASTIC模型进行改进,指出模型应只适用于潜水含水层；指标选取方面,潜水防污性能评价确定了由地下水埋深、净补给量、土壤介质、地形坡度、包气带影响、含水层渗透系数、含水层厚度构成的DRSTICH模型,承压水防污性能评价确定了由潜水防污性能评价结果、承压含水层埋深、隔水层岩性、隔水层连续性、隔水层厚度构成的PDLCT模型；权重分配方面,提出由主观权重和客观权重确定组合权重,其中主观权重由层次分析法实现,客观权重由遗传投影寻踪模型实现。（4）地下水数量安全性评价方面,提出用地下水抗消耗性能的概念来代替地下水数量安全性的说法。地下水抗消耗性能指地下水在外界环境影响下其水量抵抗消耗的能力。在此概念的基础上依据“压力-状态-响应”概念框架构建评价指标体系,确定了由人口密度、GDP增长率、万元GDP耗水量、缺水率、降水量、干旱指数、地表水资源模数、含水层介质类型、浅层地下水矿化度、开采强度、地下水资源模数、污水处理率、地下水供水率、农灌用水地下水比例、万元农业产值耗水量构成的指标体系。参考前人文献,确定了评价指标等级划分标准,权重分配仍由主观权重和客观权重确定组合权重。（5）对地下水质量安全性与数量安全性的关系进行分析,指出地下水整体安全性要求地下水既要有质量安全性,也要有数量安全性,任何一方出现问题,都不是真正安全。依据此思路,建立了地下水整体安全性标准,并提出了相应的地下水管理对策。（6）将地下水安全性评价方法应用于关中平原中部地区,基于GIS技术分别绘制了案例区潜水防污性能分区图和300m以浅地下水抗消耗性能分区图,以案例区内33眼潜水监测井的实测硫酸根浓度对防污性能评价结果进行验证,以定性分析的方法对抗消耗性能评价结果进行检验,结果表明两种方法得到的评价结果均具有可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外相关领域研究现状
• 1.2.1 水安全评价研究现状
• 1.2.2 地下水安全评价研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 主要创新点
• 第二章 地下水安全性评价理论框架
• 2.1 几个关键概念的说明
• 2.2 地下水安全问题特征
• 2.3 地下水安全问题划分
• 2.3.1 划分原则
• 2.3.2 划分类别
• 2.4 本次研究的总体思路
• 第三章 地下水安全性评价方法
• 3.1 地下水质量安全性评价方法
• 3.1.1 地下水防污性能评价概述
• 3.1.2 DRASTIC模型介绍及存在的缺陷
• 3.1.3 潜水防污性能评价指标选取
• 3.1.4 潜水防污性能评价指标等级划分
• 3.1.5 潜水防污性能评价指标权重分配
• 3.1.6 关于潜水与承压水防污性能评价差异的讨论
• 3.2 地下水数量安全性评价方法
• 3.2.1 地下水抗消耗性能概念的建立
• 3.2.2 地下水抗消耗性能评价指标体系建立的概念框架
• 3.2.3 地下水抗消耗性能评价指标选取
• 3.2.4 地下水抗消耗性能评价指标等级划分
• 3.2.5 地下水抗消耗性能评价指标权重分配
• 3.2.6 关于地下水抗消耗性能评价中潜水与承压水范围选择的讨论
• 3.3 基于质量安全性与数量安全性评价结果的安全性综合分析
• 3.3.1 质量安全性与数量安全性关系分析
• 3.3.2 地下水整体安全性标准建立
• 第四章 案例区概况及地下水外界环境状况分析
• 4.1 自然地理概况
• 4.1.1 地理位置
• 4.1.2 地形地貌
• 4.1.3 气象
• 4.1.4 水文
• 4.2 水文地质条件
• 4.2.1 含水岩组水文地质特征
• 4.2.2 地下水补给、径流及排泄条件
• 4.2.3 地下水水化学特征
• 4.3 案例区年降水量演化规律分析
• 4.3.1 小波分析原理
• 4.3.2 基本资料及处理
• 4.3.3 降水量时间序列的变化特征分析
• 4.3.4 降水量时间序列的主周期及趋势分析
• 4.4 案例区地下水开发利用现状分析
• 4.4.1 地下水开发利用简史
• 4.4.2 地下水开采状况及用水结构分析
• 第五章 基于GIS的案例区地下水安全性编图
• 5.1 GIS技术编图方法
• 5.2 基础资料
• 5.3 案例区潜水防污性能评价编图
• 5.3.1 防污性能评价各指标分区图
• 5.3.2 防污性能评价指标权重分配
• 5.3.3 案例区潜水防污性能分区图
• 5.3.4 防污性能评价结果合理性检验
• 5.4 案例区300m以浅地下水抗消耗性能评价编图
• 5.4.1 抗消耗性能评价分区
• 5.4.2 抗消耗性能评价各指标分区图
• 5.4.3 抗消耗性能评价指标权重分配
• 5.4.4 案例区300m以浅地下水抗消耗性能分区图
• 5.4.5 抗消耗性能评价结果分析及合理性检验
• 5.5 案例区地下水安全性综合分析及合理化建议
• 结论与建议
• 结论
• 存在问题·建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢