新疆台兰河流域地表水—地下水联合利用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 孙栋元 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 赵成义 |
| 关键词 | 台兰河流域 地表水—地下水 联合利用 数值模拟 土地利用变化 生态环境需水 生态水文效应 |
| 其他题名 | Study on conjunctive utilization of surface water and groundwater in Tailan river basin,Xinjiang |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 本文以新疆台兰河流域为研究区，通过资料收集，野外定位观测，基于GSPAC系统理论和数值模拟方法，利用GIS 技术获得了计算土地利用类型区，依据土地覆被特点，确定作为面状因子的源汇量，从而建立了土地利用变化与地下水变动之间的耦合关系，阐明了台兰河流域地下水的动态变化规律，实现了GSPAC 系统从点到面的尺度转换。结合气候变化情景，分析了地表水—地下水联合利用对流域土地利用空间格局和生态环境需水的影响，定量识别了流域不同集水单元的水的转换规律及其在人类活动影响下的变化特征，探讨了不同尺度地表水与地下水的补排关系，阐明了在流域尺度“自然—人工”二元模式下土地利用变化与地下水变动的互馈机制，评估并预测了流域水循环过程改变的生态效应，提出了基于水资源高效利用的地表、地下水联合利用模式与工程措施，从而为流域水资源统一调配与管理提供了科学依据。基于以上研究，得出如下结论：（1）根据流域内含水层结构特征、地下水流动特征以及水力特性将研究区概化为非均质各向同性空间二维、非稳定地下水流系统，并在此基础上建立相应的水文地质概念模型和数学模型。并利用FEFLOW 地下水有限元数值模拟软件建立了相应的数值模型，通过对模型进行多次调参、运行、识别，结果表明模型基本达到了对流域水文地质体的仿真，揭示了台兰河流域地下水的运动变化规律，为台兰河流域地下水资源的优化、管理、开采提供科学依据。（2）根据研究区干旱少雨的气候条件，按照地下水的源汇因子，依据地下水埋深划分并合并土地利用方式为几种类型，以面状因子处理源汇项。耕地上的灌水、抽水等源汇因子对地下水影响最大，根据不同地区不同作物的灌溉制度详细计算随时间变化的源汇量。其他土地利用类型上的源汇因子相对次要，主要是有限的降水和凝结水入渗及蒸散。用GIS 处理区域土地利用变化的空间数据，与专业计算地下水流的FEFLOW 软件结合，模拟了土地利用变化对地下水的影响。结果表明：保持现有土地利用状态，流域中上游地下水位呈持续下降的趋势，冲积扇下部和河流细土平原耕地扩张的土地利用方式是导致积扇中上部地下水位下降和植被退化的主要因素，这种趋势将影响整个台兰河流域地下水系统的补排关系，对地下水资源时空变异性产生深远的影响。因此，认识土地利用变化对流域地下水系统的影响，从而揭示人类活动II 新疆台兰河流域地表水—地下水联合利用研究对地下水的作用机制。（3）依据流域水平衡原理，评估并预测了台兰河流域水循环过程改变的生态效应，优化分析了老龙口水库方案、老龙口水库+加采地下水开采方案、停外调水源+加采地下水方案、停止开采地下水+增加外调水方案、保持现有的外调水能力+开采地下水五种联合开发方案，得出了老龙口水库+地下水开采方案为流域水资源优化配置的优选方案。基于对每种方案下地下水系统的数值模拟，提供流域内地表水、地下水联合利用模式，并应用到当地农业节水灌溉管理中，从而为解决流域水资源短缺提供科学依据。（4）在干旱台兰河流域内，不同的土地利用类型都具有空间分形特征。1990 年、2000 年和2005 年不同土地利用分维数的排序分别为：水域＞工矿居民用地＞耕地＞草地＞未利用地＞林地；水域＞工矿居民用地＞草地＞耕地＞林地＞未利用地；水域＞工矿居民用地＞草地＞林地＞耕地＞未利用地。1990 年台兰河流域整体土地利用分形维值为1.5993，2000 年为1.5986，2005 年为1.6079。总体上，台兰河流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势，表明随着人类活动的不断影响和流域水资源的变化，台兰河流域土地利用空间结构趋于复杂化，土地利用类型有扩张的趋势。1990年台兰河流域整体空间结构稳定性指数为0.1720，2000 年为0.1563，2005 年为0.1435，说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。通过对土地利用分形维的研究，揭示人类活动对台兰河流域土地利用空间格局的作用机制。（5）通过对台兰河流域生态环境需水评价结果显示：土壤盐碱化率、土地沙化率、干燥度指数、多年平均水资源总量、人均水资源量为影响生态环境需水的重要指标，同时对于台兰河流域生态环境需水的影响程度，水资源因素影响最大，生态环境因素和经济社会因素次之，影响最小的是自然因素。并且说明水资源因素、生态环境因素、经济社会因素和自然因素之间相互关联，共同作用导致流域生态环境需水综状况。通过对生态环境需水评价，为台兰河流域生态环境需水提供量化依据。 |
| 公开日期 | 2011-11-22 |
| 页码 | 184页 |
| 分类号 | TV213 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/11060]  |
| 专题 | 新疆生态与地理研究所_中国科学院新疆生态与地理研究所(2010年以前数据) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙栋元. 新疆台兰河流域地表水—地下水联合利用研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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