气候变化条件下Okavango三角洲地下水资源开发与保护

论文摘要

Okavango三角洲位于南部非洲干旱-半干旱国家-博茨瓦纳北部,是世界上最大且最原始的内陆三角洲。博茨瓦纳水资源供需矛盾突出,地下水资源是许多地区居民生产生活的重要水源,甚至是唯一有效水源。而Okavango三角洲丰富的地下水维持着当地多数居民的基本生活和工农业发展,是博茨瓦纳不可或缺的重要湿地资源。但是Okavango三角洲位于全球变化敏感区和脆弱区,在全球气候变暖以及人类活动日益增加的背景下,地下水供需矛盾可能加剧,地下水资源也可能发生恶化。因此开展气候变化条件下Okavango三角洲地下水开发与保护研究对合理开发利用地下水、防治地下水污染等方面具有重要的意义,并有利于进一步增进中非友谊。Okavango三角洲地下水通常与长期或季节性积水的湿地有直接水文联系,地下水的补给、径流等都受湿地控制。通过研究气候变化对湿地的影响可以很好的反映气候变化对地下水的影响。因此本文以地表水-湿地-地下水为主线,通过Okavango三角洲往年气候变化数据分析了多年来的气候变化特点,并综合利用遥感解译方法,揭示了气候变化对三角洲湿地和地下水的影响。同时还利用水化学和同位素方法,分析了三角洲地表水、地下水的分布、水化学特征。最后在本研究的基础上提出了Okavango三角洲地下水开发中面临的问题,并提出了一些解决方法和措施。本文的主要研究内容及成果包括：1.1965年至2008年期间,Okavango三角洲年均气温距平呈增加趋势,气候倾向率约为0.37℃/10a。年均降雨距平变化较大,与时间序列相关系数不高,没有明显的升降趋势,目前年均降雨仍为正距平年,且5年滑动平均显示多年平均降雨呈波动增加。1970年至2008年期间,年蒸发距平与时间序列弱相关,目前年均蒸发由正距平年逐渐转为负距平年。Mohembo河年均流量呈下降趋势,年距平分析显示河流量变化率为63.52m3/s/10a,未来Okavango三角洲气温、蒸发都呈上升趋势,降雨量多变。2.气温对裸地的影响最大,相关系数达到0.986,其次是水体/草本沼泽,相关系数也达到-0.934。随气温的增加,裸地的增加趋势最明显,气温的增加也将导致水体/草本沼泽内地表水位的降低,并且逐渐向非湿地类转移。同时还会减少地下水补给量,升高地下水补给温度,引起地下水水化学作用发生变化。蒸发对林地和稀疏草地/林地影响最大,相关系数分别为0.987和-0.886。蒸发的升高会减少土壤水分,影响植被的生长,导致林地向稀疏草地/林地转移。强烈的蒸发作用也会使地表水和浅层地下水发生蒸发浓缩作用,矿化度增高,地表盐分增加,盐碱地增加。降雨对三角洲内大多数土地利用类型的影响都较强烈,相关系数在0.65-0.85之间,其中对沼泽化草甸的影响最大,相关系数达到0.829,随降雨的增加,沼泽化草甸增加趋势最明显。降雨量及降雨分布发生变化时,也可能引起地下水补给及径流发生局部变化。河流量与水体/草本沼泽、沼泽化草甸和盐碱地呈正相关,与草地、林地和稀疏草地/林地呈负相关。因此当Okavango河流源头安哥拉雨水充足,降雨增大,且河流中上游人为活动没有增加时,草地、林地和稀疏草地/林地等会朝湿地类型转换,增加湿地面积,而盐碱地面积也会相应的增加。3.Okavango三角洲内部以永久性湿地和季节性湿地为主,地表水与地下水相互作用强烈,地下水水位接近地表,水化学类型以HC03型为主,矿化度普遍低于0.5g/l,且绝大部分水样方解石和白云石饱和指数未达到饱和,水化学过程以矿物溶解为主。三角洲边缘过渡区,地下水水位逐渐下降,水化学类型逐渐由HC03型转为S04型和Cl型,以混合性为主,矿化度在1-3g/l之间,地下水的矿物溶解能力逐渐下降。三角洲排泄区及Thamalakane断层南侧,地下水位较深,地下水以Cl型为主且矿化度普遍偏高,部分水样矿化度超过3g/l,绝大部分水样解石和白云石饱和指数接近饱和,水化学过程主要以蒸发浓缩为主。Okavango三角洲大部分水样为现代水,只有OW-3-G号水样14C校正年龄为3047.96a。Thamalakane断层南侧水样14C校正年龄高于Okavango三角洲,其中水样OW-19-G 14C校正年龄最老,可达12606a。研究区地下水的δD的变化范围在-63.1‰到0.6‰之间,δ18O的变化范围在-9.33‰到1.91%o之间。Okavango三角洲下游氢氧同位素相对富集度明显高于中上游。说明三角洲下游地下水蒸发浓缩作用大于上游,然而受Thamalakane断层阻碍作用,经过高蒸发浓缩后的水样没有通过断层。Okavango三角州的地下水普遍与现代大气降雨、地表水循环交替强烈,而断层北面地下水年龄较老,没有接受现代大气降雨和断层南面现代地下水的补给,或接受补给的时间早于三角洲。同位素数据也证明东非大裂谷Kanyere和Thamalakane断层对地下水流有阻碍作用,会限制地下水流向博茨瓦纳中部的流动,并导致博茨瓦纳地下水分布极不均匀。4.随气候变暖及人类活动的增加,Okavango三角洲地可能将面临着湿地萎缩、地下水补给减少、地下水咸化加剧以及地下水污染等一系列问题。建议可以通过对地下水进行统一评价、规划和管理,加大地表水和地下水水位动态监控,并确定控制性关键水位,加强地下水水质和水源地管理来减缓地下水开发中出现的问题。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 选题依据与研究意义
• §1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 地表水-地下水相互作用
• 1.2.2 湿地生态
• 1.2.3 发展趋势及存在问题
• §1.3 研究内容、目标及技术路线
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 论文创新点
• 第二章 研究区概况
• §2.1 博茨瓦纳区域概况
• §2.2 Okavango三角洲区域概况
• §2.2.1 自然地理概况
• 2.2.1.1 地形地貌
• 2.2.1.2 气候
• 2.2.1.3 水文
• 2.2.1.4 生态系统
• §2.2.2 区域地质概况
• 2.2.2.1 区域构造
• 2.2.2.2 卡拉哈里层
• 2.2.2.3 Okvaango三角洲形成及构造演化
• §2.2.3 水文地质概况
• 第三章 Okavango三角洲气候变化特征
• §3.1 气温
• 3.1.1 年均气温
• 3.1.2 年均最高气温
• 3.1.3 年均最低气温
• §3.2 年降雨量
• §3.3 年均蒸发量
• §3.4 Mohembo河流量变化特征
• §3.5 未来气候变化趋势分析
• 第四章 Okavango三角洲湿地变化特征
• §4.1 数据来源及处理方法
• 4.1.1 数据来源
• 4.1.2 遥感影像预处理
• 4.1.3 遥感数据的分类
• §4.2 Okavango三角洲土地利用类型变化特征
• 4.2.1 三角洲土地类型面积变化
• 4.2.2 三角洲土地类型转化
• §4.3 Okavango三角洲与气候变化
• 4.3.1 土地利用类型与影响因子之间的相关分析
• 4.3.2 气候变化对Okavango三角洲湿地及地下水的影响
• 第五章 Okavango三角洲地下水分布特征
• §5.1 地下水水化学分布特征
• 5.1.1 水样的采集及分析测试
• 5.1.2 地下水水化学分布特征
• §5.2 Okavango三角洲地下水资源分布特征
• §5.3 东非大裂谷对Okavango三角洲地下水分布的影响
• 第六章 Okavango三角洲地下水开发及存在的问题
• §6.1 地下水开发及存在的问题
• §6.2 Okavango三角洲地下水开发与保护
• 第七章 结论与建议
• §7.1 结论
• §7.2 建议
• 致谢
• 参考文献