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气候变化对地下水的影响范文1
关键词: 地下水，可持续；开采量；功能；关系
中图分类号： TD8 文献标识码： A
前言
随着我国水资源的日益枯竭，地下水的合理开采是针对我国水资源枯竭的最主要的途径。但是，目前我国地下水的可持续开采量与地下水功能评价之间还存在一些问题，这就要求相关部门要加强对其的研究。
一、 理念基础的关联
“可持续开采量”(Sustainable Yield) 是指具有一定补给来源和储存能力的地下水系统, 在遵循自然水循环规律和地下水流动原理(如水量均衡)的基础上, 不超过多年平均补给量且保证地下水系统能够及时达到新的平衡条件下的可开采量, 它不挤占维持生态和地质环境稳定所需的水量。它的实质是在生态与环境承载力允许的条件下可以永续开采的地下水量, 其可开采量在经济、技术合理理念下进一步突出了生态和环境保护的目标, 强调在生态和地质环境友好模式下的地下水可利用量。
“地下水功能”(Groundwater Function) 是指地下水的质和量及其在空间、时间上的变化对人类社会和环境所产生的作用或效应, 主要包括地下水的资源供给功能( 简称资源功能)、生态环境维持功能( 简称生态功能) 和地质环境稳定功能( 简称地质环境功能), 它们共存于由水量、水质、水动力流场和含水介质体( 地层) 耦合构成的地下水系统中, 彼此依存, 相互制约, 任一功能被过度强化(利用)都会引起其他功能的回应变化。地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能是统一的有机整体, 它们各自的承载力有限, 具有区位特征, 它们的综合可利用性也是有限的, 不仅与地下水系统的埋藏条件、补给、径流、排泄条件密切相关, 还与当地的降水、蒸发、地形地貌和地质构造控水状况有密切的关系。
地下水的资源功能( Groundwater Resource-function, 记作 B1)是指具备一定的补给、储存和更新条件的地下水资源的供给保障作用或效应, 具有相对独立、稳定的补给源和水的供给保障能力。地下水的生态功能(Groundwater Ecological Function, 记作B2) 是指地下水系统对陆表植被、湖泊、湿地或土地质量良性维持的作用或效应, 如果地下水系统发生变化, 则生态环境出现回应的改变。地下水的地质环境功能(Groundwater Geologic Environment Function,记作 B3) 是指地下水系统对其所赋存的地质环境的稳定性具有支撑和保护的作用或效应, 如果地下水系统发生变化, 则地质环境出现回应的改变。
无论是地下水可持续开采量, 还是地下水功能评价, 都是试图针对由于区域地下水位不断下降引发的生态和地质环境问题, 寻求一种规范人们开发利用地下水行为的科学依据, 使人类活动更符合自然规律, 达到提高生产、生活用水过程中保障生态和地质环境安全的能力, 出发点完全一致。从图 1 可以看出,
地下水可持续开采量和地下水功能评价的主体是相同的, 都处于气候变化和生产、生活及生态耗水的影响圈层之下, 面对如何实现地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能在和谐条件下的可持续利用, 同时它们都力求实现人类活动与地下水功能状态之间和谐友好。在这一系统中, 气候变化是不可调控的变量, 它不仅影响一个地区地下水的补给量, 还影响人类的用水强度和规模
( 图 2)。
用于生产和生活的开采量是影响地下水功能状态的人为驱动因素, 是地下水可持续开采量评价的主研要素和地下水功能评价的核心因子之一,是和谐理念下人为可调控的主要量。
在图1 中, B1、B2和 B3区是地下水各功能的可持续开发利用限域, Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区是两功能彼此制约区, 不宜长期开发利用, 需要根据气候变化情况适宜调控利用, 特别是在连年枯水时更需要谨慎对待, 确保后期具有足够的修复能力或条件。图 1 中的 SOS区是 3 个功能相互制约、最为脆弱的区, 在理论上是不适宜开采、不可持续开发利用的限域, 必须严格禁止大规模的开发利用。在这 3 类区中, 客观上都存在理论的地下水可持续开采量, 其中 B 类区是地下水资源功能的主导利用区, 在两功能彼此制约区(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类)中则需要关注开采地下水与生态功能和地质环境功能的关联程度。对于那些对开采地下水回应极为敏感、变化强烈的生态主导功能区或地质环境主导功能区, 必需优先考虑生态或地质环境安全的目标, 确定地下水的可持续开采量。这其中, 必须明确生态或地质环境安全需水的阈值及其可调控性和可自恢复的能力, 不宜简单地通过水量均衡方法确定开采量阈值。在 SOS 区, 必需严格限制大规模开采地下水, 明确开采强度控制的时空阈值。
由此可见, 地下水可持续开采量的合理确定是实现地下水功能评价目标的必要条件, 地下水功能评价是合理确定地下水可持续开采量的充分条件。没有符合实际的地下水可持续开采量指标指导地下水的开发利用, 难以实现地下水功能评价的目标; 没有地下水功能评价的成果作为基础, 也难以得到符合客观状况的地下水可持续开采量的阈值。
如果仅从地下水系统水量均衡的角度考虑, 以往地下水资源评价的结果应该是可持续的, 但是事实上却出现了许多与开采地下水有关的生态或地质环境问题。即使严格按可开采量约束也会如此。问题出现在理念上, 在确定可开采量时没有从流域尺度充分考虑地下水的生态功能和地质环境功能对水的占有, 也没有充分考虑河道长期干涸和地下水位持续下降对地下水补给状况影响的量化计入,所以难免出现以消耗地下水储存资源、牺牲环境为代价的开发利用情况。因此, 地下水评价的指导思想、理念和方法都需要进一步完善, 切实融入人与自然和谐思想的精髓。这样, 才有可能充分发挥地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能的最佳效益,真正实现地下水可持续开采的宗旨。
二、 评价原则的关联
任何地下水可持续开采量的评价都需要遵循以下原则:
（一）以流域或区域水循环规律和地下水系统水量均衡的原理为基础;
（二）确保地下水系统能够在均衡期内及时达到新的水量平衡;
（三）以合理确定生态与环境用水约束作为地下水可持续开采量评价的重要前提;
（四）在考虑经济、社会、水利工程等诸多影响因素之间的平衡和优化时, 重视生态、环境和地下水更新能力对可持续开采量的必然约束, 规范用水行为, 使其进一步遵循自然规律。
地下水功能评价遵循下列原则:
（一）立足于地下水的自然属性, 兼顾长期人为因素影响下的社会属性, 重视前期资料和成果的利用。
（二）以人与自然和谐、社会可持续发展为根本目标。
（三）以水循环规律作为基础, 流域尺度地下水系统为评价的主体, 重点评价地下水各功能的区位特征和主要属性。
（四）尽可能实现多目标保护、多功能互补和综合发挥作用。
从上述评价原则不难看出, 地下水可持续开采量及其功能评价都是以遵循流域水循环规律为基础, 以完整的地下水系统作为评价对象, 突出人与自然和谐、可持续、多目标保护和综合效益最佳的原则,主研变量都是地下水位、补给、径流、储存和排泄涉及的各源汇项状态, 其中开采量、蓄变量与地下水位埋深之间的关系及其生态、地质环境效应是核心内容。
四、 评价机制的关联
这里的评价机制是指地下水可持续开采量或功能评价的原理、过程和技术方法的集合, 包括如何确定评价对象和评价尺度, 如何进行评价分区、遴选评价因子、处理各个指标, 如何分析、评判各因子或评价对象(指标)的状况及其变化趋势。
地下水可持续开采量评价, 首先是查明评价区地下水循环系统的完整性, 将流域地下水系统进行分区。然后, 以当地中长时间尺度的气候变化周期作为主要依据, 同时充分考虑人类活动对地下水补给条件的影响强度和变化规律, 确定地下水均衡期的时限。第三步, 确定地下水系统及各分区水量均衡的所有源、汇项, 建立相应的数据库, 求取地下水系统及各分区的净补给量( 即自然条件下储存资源的增量, 它不包括均衡期内流出、越流和蒸发蒸腾所消耗的水量), 并将该净补给量和相关数据作为确定流域和各分区地下水可持续开采量的基础数据( 图3 中实线) 。最后, 根据查明的生态与环境约束条件, 确定各分区及流域的地下水可持续开采量( 图3 中实线之下的区域), 评价地下水开采量状况及趋势(图 3 中虚线)。
地下水功能评价, 首先是查明流域尺度地下水循环系统的完整性及其分区特征, 以及各分区地下水位的变化与植被、湖泊湿地、土地荒漠化和盐渍化、地面沉降等之间的关联性。然后, 根据地下水循环规律、埋藏、补径排条件及与生态和地质环境之间的关联性, 进行评价分区和单元剖分, 构建评价指标体系( 图 4)。
第三步, 应用“地下水功能综合分析系统”(GFS, Groundwater Function Synthetic- evaluatic
System)①, 分析计算各剖分单元的属性、各功能的状况、综合可持续性评价指数, 再应用 MAPGIS 或其他软件, 绘制 GFS计算结果的等值线分布图或分区图。最后, 野外校验后, 通过地下水功能区划, 阐明各分区的优势功能和脆弱功能, 确定各分区地下水的主导功能, 求算各分区生态、地质环境所需的最低水量,提出合理的地下水开发利用和生态环境保护方案。
地下水功能评价结果的分级和标准如表 1 所示。
表一
对于地下水的综合并且可持续性的评价结果可以分为可持续性强和可持续性较强以及可持续性一般；可持续性较弱和可持续性弱 5 级, 它们是地下水的资源功能、生态功能和地质环境功能相互作用、相互制约耦合的综合状况。地下水功能评价中包括 10 个属性, 其中资源功能中有资源占有性、资源再生性、资源调节性、资源可用性, 生态功能中有景观环境维持性、水环境关联性、植被环境维持性、土地环境关联性, 地质环境功能中有地质环境稳定性和地下水系统衰变性。
据以上的分析可以看出, 地下水的可持续开采量和地下水功能的评价机制之间有着密切的联系。缺少地下水功能评价作为基础, 地下水可持续开采量评价就难以获取有针对性地保护生态或地质环境的地下水可持续开采量评价阈值。因为从流域的地下水系统来看, 上、中、下游不同分区的地下水主导功能是各不相同的。
结语
综上所述，地下水可持续开采量与地下水功能评价之间的关系具有相对的复杂性和系统性。加强对于地下水可持续开采量的研究以及地下水功能的研究有利于我国水资源的可持续发展。
参考文献
[1]包文艳. 地下水可持续开采量评价方法综述[J].黑龙江科技信息，2013,(01).
气候变化对地下水的影响范文2
关键词：土地利用/覆盖变化;水资源;渭干河-库车河三角洲绿洲;气候变化
中图分类号：S181.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）23-5716-08
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.23.024
水资源危机是影响人类生存和地球环境的主要问题之一，也是当前社会面临的主要问题。气候和土地利用变化是影响水资源配置和水环境状况的主要原因[1-7]。IPCC第四次全球气候评估报告指出：1906～2005年全球地表温度的线性趋势为0.74 ℃，预计到2100年，全球平均气温将上升1.1～6.4 ℃。以全球变暖为主的气候变化已成为当前世界最重要的环境问题之一[8]。全球大幅度气候变暖会引起水资源在时空上的重新分配，表现在局地降水、蒸发和径流等的变化，且这种改变在各个地区各不相同。如果气候变化引起了干旱和缺水地区水资源量减少，那么由此带来的影响就会更严重一些[9-11]。近几十年来各国专家学者就气候变化对水文水资源的影响开展了大量研究工作并取得了一些重要成果。研究结果表明，未来水资源变化存在很大的区域性，有些地区未来水资源呈增加趋势，有些呈减少趋势，而有些则变化不大，而且都存在较大季节差异性[12-16]。气候变化主要表现为流域气温和降水量变化，从而影响流域产流量[17-18]。一些研究也表明，流域产流量与植被覆盖类型和覆盖度及气候条件紧密相关，同时，土地利用/覆盖变化（LUCC）将对流域水资源状况也产生重大影响[19-21]，主要表现在土壤质量和地表径流等方面[22，23]。目前，人类面临的许多环境问题都与LUCC有关。LUCC对区域环境的影响主要包括对生态环境安全、水文变化和土地退化等方面的影响[24-26]，土地利用格局的空间异质性反映了土地生态过程的作用结果，土地利用格局受到自然环境的限制与人类活动的干预而发生变化[27]。
另外，绿洲是干旱区的一种特有生态地理景观，水资源是绿洲流域中下游经济发展和生态环境平衡的纽带。然而，由于气候变化和人类活动的共同影响，引发了绿洲河道下泄、水量锐减、土壤沙漠化和盐碱化面积迅速增加、植被退化等许多问题[28]。水资源作为影响绿洲的关键因素，它的数量和分布直接影响着荒漠化和绿洲化的进程，是干旱区最为活跃的自然因素，对土地开发利用起着决定性作用[29]。
随着西部大开发战略的实施，渭干河-库车河三角洲绿洲将进入大规模的开发和建设新时期，其在南疆的辐射作用和战略地位更加突出，而人口与环境、经济与发展都对该绿洲的水资源开发利用提出了更高的要求。渭干河流域地处天山南坡，降水稀少，中游人类生产生活用水主要依赖于山区降水，该流域主要的经济基础为绿洲农业。因此开展该区域气候和土地利用/覆盖变化对水资源的影响研究，对合理调整土地利用格局，涵养水源，促进经济可持续发展具有重要的意义。本研究试图通过分析渭干河-库车河三角洲绿洲气候和土地利用/覆盖变化来对水资源的影响开展研究，深入了解干旱区内陆河流域土地利用结构与生态过程及人类活动之间的关系，从而为该地区水资源可持续利用与发展提供重要的科学依据。
1 研究区域与研究方法
1.1 研究区概况
渭干河-库车河三角洲绿洲（以下简称渭-库绿洲）位于天山南麓，塔里木盆地北缘，是生态环境变化的敏感地区，位于41°06′-41°38′N，81°26′-83°17′E，是一个典型而完整的山前冲积扇平原，辖阿克苏地区的库车、沙雅和新和三个县（如图1）。该绿洲年平均降水量51.6 mm，年内降水量60%～70%集中在5～8月。年蒸发量1992.0～2863.4 mm，年平均气温10.5～11.4 ℃，极端最高气温41.5 ℃，极端最低气温为-28.9 ℃，年无霜期209.8～226.4 d。气候的变化必将对水资源的开发利用和当地的社会经济产生重要的影响。绿洲境内不产生地表径流，发源于天山南麓的渭干河-库车河是进入绿洲境内的主要地表径流，其中的渭干河不仅是上游地区――拜城盆地的主要地表水源，而且也是下游库车、沙雅、新和绿洲的母亲河。该绿洲历史上水草丰茂，自20世纪70年代以来，上游灌区生产发展较快，用水量大大提高，致使下游水源逐渐减少、湖泊干涸、沙漠入侵、植被退化，逐渐演变为现在的荒漠植被类型，并有进一步退化的趋势[30]。
渭库绿洲区域的水资源主要由地表水和地下水组成。地表水主要来源于北部天山高海拔地区的冰、雪融水和降水产生的地表径流汇集而成的内陆河;地下水补给主要靠河流潜流及渠系、田间和雨水渗漏。降水年内分配为夏季多、春秋季少。山区降水一部分直接以径流形式输出山口，另一部分在低温条件下，以冰、雪形成积累并储存起来，孕育现代冰川。渭干河流域的冰川面积1 685 km2，冰川年融水补给量17.33亿m3，占渭干河出山径流量的71%;库车河流域的冰川面积25.11 km2，冰川年融水补给量0.282亿m3，占库车河出山径流量的8.52%[31]。冰川对气候变化反应十分敏感，气候变化对该绿洲水资源的最大影响是对河流上游冰川储存量的影响，进而影响河流径流量。
1.2 数据处理和研究方法
本研究采用1998年10月和2011年9月TM遥感影像数据（轨道号为145/31和145/32）作为数据源，从美国地质调查局网站http：//earthexplorer.usgs.gov/下载，利用ENVI 4.8软件对四景影像进行辐射纠正、几何精校正、边缘增强、镶嵌等处理，利用研究区矢量图裁切影像。另外，1977-2012年气象数据从新疆自治区气象局和中国气象科学数据共享服务网获得。
本研究分类方法采用的是目前使用较多的支持向量机（SVM）方法，SVM是Vapnik[32]于1995年率先提出，它在解决小样本、非线性及高维模式识别中表现出许多特有的优势，并能够推广应用到函数拟合等其他机器学习问题中，它是建立在统计学习理论的VC维理论和结构风险最小原理基础上的。SVM的关键在于核函数，本研究选用常用的径向基核函数（RBF）。由于核函数的已知数据存在一定的误差，考虑到推广性问题，因此引入了松弛因子G以及惩罚因子C两个变量来加以校正。作者利用libsvm 3.2和matlab2009a对样本进行训练，选取适当的C、G值（1998年C=98.697 1，G=8;2011年C=95.866 2，G=2）。最后，根据影像波谱特征和GPS实地考察定点地物类型，选择感兴趣区进行样本训练，采用SVM方法对影像进行监督分类。根据实际情况将研究区划分为耕地、林地、草地、建工地、水体、盐碱地、沙地和其他地类（山地、裸地等）共8类景观类型。1998年和2011年的分类后Kappa系数分别为0.949和0.942，分类的总精度分别为95.56%和94.93%，满足研究需要。
2 气候和土地利用/覆盖变化对水资源的影响
2.1 主要气候因子对水资源的影响
2.1.1 气温变化 气温变化是气候变化的突出表现，气温不仅能够影响到河流流域的蒸散情况，而且能够直接作用于冰川，实现对水域资源的影响。研究表明，渭-库绿洲的气温自1977年以来就一直呈上升趋势，而且上升幅度较大，作者将1997-2012年分为6个阶段，得出1977-1982年平均温度为11.0 ℃，1983-1988年平均温度为10.8 ℃，1989-1994年平均温度为11.1 ℃，1995-2000年平均温度为11.5 ℃，2001-2006年平均温度为11.7 ℃，2007-2012年平均温度为11.5 ℃，36年来，温度最高增加了0.9 ℃/6a（图2）。另外，从渭干河流域5个代表性的水文站监测资料可知，近20年来山区站气温均呈显著的线性升高趋势，破城子、卡木鲁克、卡拉苏3站线性变化率分别为0.12 ℃/10a、0.15 ℃/10a及0.59 ℃/10a;平原区托克逊站线性变化率为0.04 ℃/10a，黑孜水库站线性变化率则为-0.006 2 ℃/10a[33]。
2.1.2 降水量的变化 流域内降水多发生在夏季，山区和平原存在明显的差异，具有垂直地带性分布规律，降水量总的变化趋势是山区大于平原。另外，降水资源也是渭干河-库车河流域水资源的根本来源，降水量的大小及时空分布决定了区域的水资源量及其分布，而且降水能够通过流域下垫面的作用补给河流，自1977年以来，降水量总体呈现较弱的减少趋势（图3）。渭-库绿洲降水量虽然没有明显的变化趋势，但存在阶段的变化：1977-1982年平均降水量为65 mm，1983-1988年平均降水量为80 mm，1989-1994年平均降水量为83 mm，1995-2000年平均降水量为72 mm，2001-2006年平均降水量为65 mm，2007-2012年平均降水量为62 mm，从1995年之后降水量开始明显减少，年平均降水量最高值减少了21 mm/（6年）。阶段尺度经历了少-多-多-少-少-少6个阶段的变化，以近年减少最为明显。
2.1.3 蒸发量的变化 由于渭-库绿洲水循环属于干旱区内陆水循环，蒸发量直接影响区域降水量，从而可以间接影响地表径流。从1997年以来，蒸发量数据没有像气温那样表现出明显的变化趋势，总体上为较弱的减少趋势。多年平均蒸发量为1 970 mm。从阶段的变化分析可知，1989-1994年间是蒸发量最少的阶段，1995年之后蒸发量的变化相对比较稳定（图4）。
2.2 土地利用/覆盖变化对水资源的影响
就渭-库绿洲而言，水资源直接制约着社会经济的发展，影响着土地的使用。反之，土地利用/覆盖类型的变化也必然影响水资源的重新分配。研究将从渭-库绿洲土地利用/覆盖变化对水资源需求结构及水资源量的可能影响进行分析。
2.2.1 渭-库绿洲土地利用/覆盖类型特征分析 随着社会经济的发展，承载人类活动的土地利用/覆盖类型发生了很大变化。根据该绿洲的土地利用/覆盖特征和实际情况，研究区的土地利用/覆盖情况可以分为耕地、林地、草地、建工地、水体、盐碱地、沙地和其他地类（山地、裸地等）共8类景观类型，统计结果见表1，分类图如图5所示。
由表1和图5可知，1998年研究区的主要用地为草地，占28.51%，建工地面积最小，占1.19%。盐碱地、沙地和其他地类（山地、裸地等）占42.79%，而林地和耕地只占24.01%。2011年研究区的主要用地仍为草地，占24.70%，建工地面积最小，占1.39%。盐碱地、沙地和其他地类（山地、裸地等）占45.32%，而林地和耕地只占26.09%。表明该绿洲土地利用以农业种植为主，总体植被覆盖度不高，土壤盐碱化严重，说明该区域十分干旱，水资源紧缺，同时这种土地利用结构与该区域水资源空间分布及其供给保证情况密切相关。在1998-2011年间，各种土地利用/覆盖类型发生了较大变化，出现 “四增四减”现象，林地的面积减少最多，减少了1 014.54 km2，大部分退化为荒地（盐碱地、沙地、山地、裸地等），荒地增加了447.54 km2，而耕地增加最多，水体面积有所减少，建工地有所增加。从总量上看，耕地大量增加，林地大为缩减，荒地迅速扩大。以上的这种变化对水资源的需求结构必然带来影响，因为土地利用/覆盖的变化将造成农业、工业、城镇居民生活、农村居民生活、河流生态环境、林地和草地的需水发生变化，即土地利用的变化将使生产需水、生活需水和生态环境需水发生变化，而且需水结构的变化同时通过产业结构的变化体现出来。
从另外一个角度考虑，1989年，研究区的国内生产总值为6.59亿元，其中第一产业生产总值为4.17亿，约为国内生产总值的63.28%，而工业生产总值仅为0.49亿元，占该年国内生产总值的7.46%;2001年研究区的国内生产总值为26.65亿元，其中第一产业生产总值为11.05亿元，为国内生产总值的41.46%，工业生产总值为4.89亿元，为国内生产总值的18.34%;2007年研究区的国内生产总值为56.08亿元，其中第一产业生产总值为19.95亿元，为国内生产总值的35.57%，工业生产总值为18.66亿元，为国内生产总值的33.27%。
由图5还可以看出，研究区的三县属于典型的农业种植区，农业经济是该地区经济增长的主要方式，但是从2000年开始转变经济的增长方式，向工业化发展，工业增长慢慢成为一种主导力量。这也说明土地利用/覆盖变化使得需水结构向耗水方向发展。
2.2.2 渭-库绿洲土地利用/覆盖变化对水资源利用的影响 由表1可知，土地利用/覆盖变化中减少最多的是林地，增加较多的是耕地和荒地（盐碱地、沙地、山地、裸地等）。耕地对水资源的需求将增加，而荒地对水资源的需求将减少。渭干河和库车河来水的90%以上均被引入灌区，而其余的水量将作为河道及河道下游天然植被的生态用水。参考2000年和2010年新疆耕地毛灌溉定额，结合研究区实际情况，1998年耕地毛灌溉定额取值为17 000 m3/hm2，由于2008年以后节水灌溉工程迅速推广，降低了毛灌溉定额，因此，2011年耕地毛灌溉定额取值为10 500 m3/hm2[31，34]。通过计算得出，1998年耕地需水量34.74×108 m3，2011年耕地需水量35.96×108 m3。说明近十余年绿洲农业正在向着耗水的方向发展。
通过以上分析可知，渭-库绿洲1998年主要以耕地、林地、草地、盐碱地、沙地和其他地类为主，2011年主要以耕地、草地、盐碱地、沙地和其他地类为主。草地类型在这两个时期里所占比例最大，这种土地利用类型非常脆弱，对水资源依赖程度较高。绿洲区近20年来经济得到了很大发展，从三产业比例可见，发展规模仍然源自农业结构的调整和规模的扩大，工业和服务业发展速度比较缓慢;同时土地利用类型的转变进一步证实了研究区的用水结构向着耗水的方向发展，水资源的供需矛盾将进一步加剧。由于人类的活动加重了植被退化、土地沙化和盐碱化。因此，优化产业结构、合理开发利用土地、提高水资源利用效率是解决干旱区水资源的必然选择。
3 水资源变化特征
3.1 地表水资源变化特征
渭干河上游各支流的产流面积为16 637 km2，多年平均地表产水量为28.17×108 m3，上游年径流量1×108 m3以上的支流有4条。渭干河千佛洞水文站的多年平均流量为72.4 m3/s，多年平均径流量为22.95×108 m3。库车河流域的地表水资源均产于天山山区，自东向西发育的主要河流为二八台河和库车河，此外还发育三条洪沟，多年平均出山径流量为3.46×108 m3，以干流库车河最大，多年平均出山径流量为3.31×108 m3[35]。另外，从1982～2006年来，渭干河流域绿洲来水量、绿洲总耗水量以及黑孜水库站和兰干站年径流量均呈增加趋势（图6）。其中，相比较于1982年，25年来绿洲来水量增加5.4%，绿洲总耗水比1982年增加6.6%，主要原因是绿洲耕地迅速扩张引起耗水量剧增，这与上述研究结论一致。当渭干河-库车河径流水量一定时，为保证正常的农业种植不会受到影响，需增大河流的可利用率。目前，库车河-渭干河流域水资源开发利用率都远远超过了合理开发利用的程度，由于水资源的过度开发，使得生态用水量减少，生态环境严重恶化，导致了盐碱地、山地、裸地的增加。
3.2 地下水资源变化特征
随着耕地面积的不断增大，需要修建大量水利设施，一个重要的措施就是大量修建水系灌渠把河流径流从河流上游直接输送到灌区，从而减少了地表径流的下渗，致使地下水难以得到补给，故地下水位下降。1997年以来，渭-库绿洲年均地下水埋深总体有下降趋势（图7），原因是该绿洲属于灌溉农业区，近年来，农业经济的快速增长导致地下水资源量超采，而补给量又远小于需求量。另一方面，地下水位的大幅下降，导致了绿洲周边天然灌丛及草本植物的大面积衰退。1997～2001年期间研究区平均地下水位具有下降趋势，这主要是因为随着排水系统的完善，特别是骨干排水沟渠的开通运行，疏干低洼地积水，降低了相应地区地下水位。而2002～2003年有上升趋势，这是由于2002年7月22～23日的特大洪水引起。2003年的地下水位在一定程度上也会受2002年洪水的影响。同时，2003～2006年间有明显下降趋势，2007年又出现上升趋势，2007年之后又呈现明显下降的趋势。这与农田机电井数量的增多也有关系，农田机电井数量的增多加速了地下水资源开采，图8为渭-库绿洲机电井建设情况，可以反映对地下水开发利用程度，20世纪70年代到90年代机电井数量不多，变化不大，2000年数量仅为283眼。但是21世纪开始的10年里机电井数量骤增，截至2010年已增加至2 265眼，可见该绿洲对地下水的开采量剧增幅度之大。因此，随着对地下水的开采量加大，地下水位大幅下降。
4 结论
根据过去30多年的气候资料，并结合渭-库绿洲1998和2011年两期TM图像，阐述了研究区气候条件和土地利用/覆盖变化的强度，同时，探讨了气候和土地利用/覆被变化对水资源的作用程度和影响，主要结论如下：
1）渭-库绿洲主要土地利用/覆盖类型为耕地、林地和草地，1998年合计约占52.52%，2011合计约占50.79%，其次为盐碱地，沙地和其他用地（沙地、裸地），1998年合计约占42.79%，2011年合计约占45.32%。建工地和水体面积最少，1998年合计约占4.68%，2011年合计约占3.88%。这种土地利用/覆盖格局显示了区域的生态脆弱性以及水资源成为区域经济发展的瓶颈。
2）各种土地利用/覆盖类型在1998～2011年都发生了较大变化，其中林地缩减最大，缩减了1 014.54 km2，其次为沙地，缩减了757.28 km2;增加最多的是耕地和其他用地（山地和裸地），分别增加了1 381.43 km2和613.23 km2。另外，盐碱地的增加面积也比较大，增加了591.59 km2。这表明生态环境有退化的趋势，同时维持区域正常发展的需水结构向着更耗水的方向变化。
3）温度不仅能够影响河流流域的蒸散况，而且能够直接作用于冰川，实现对水域资源的影响。渭-库绿洲的气温自1977年以来就一直呈上升趋势，降水资源是该绿洲水资源的根本来源，降水量的大小及时空分布决定了区域的水资源量及分布，而且降水能够通过流域下垫面的作用补给河流，自1977年以来，降水量总体呈现较弱的减少趋势。
4）从水资源变化特征来看，绿洲总耗水相比1982年增加6.6%，主要原因是绿洲耕地迅速扩张引起耗水量剧增。另外，随着耕地面积的不断增大，修建大量水利设施，从而地下水难以得到补给，使得地下水位急剧下降。
总之，对干旱区而言，人类活动导致的土地利用/覆盖变化对水资源的影响不亚于气候变化对水资源的影响，所以有必要综合考虑来开展研究。由于研究区水资源的供需矛盾越来越突出，因此，在经济发展过程中，优化产业结构、合理开发利用土地、提高水资源利用效率是解决水资源供需矛盾的有效途径，
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气候变化对地下水的影响范文3
关键词:海河流域;径流变化;人类活动
中图分类号:TV121
文献标识码:A
文章编号:1674-9944(2010)08-0150-02
1 引言
河流的径流主要受到降雨、气温、时空分布、流域形态、人类活动等因素的影响。海河流域河水的径流在本世纪出现很大变化。在平原地区出现了河流断流,人海径流锐减等现象。海河流域位于中国的渤海湾地区,受大陆季风性气候的影响,地理形态复杂多变,对气候变化敏感,人类活动又非常活跃。引起径流变化的原因也是多方面的。分析影响径流变化的因素,针对性的采取改进措施,这对水资源管理和水资源的可持续开发利用都很重要。
2 海河流域地表水径流概况
海河流域位于东经112°~120°,北纬35°~43°之间,东临渤海,南界黄河,西靠云中、太岳山,北依蒙古高原。流域总面积32万km2。其中山区面积18.9km2 ,平原面积13.1km2 。位于温带大陆性季风气候区,多年平均降水量535mm,年平均陆地蒸发量470mm,年水面蒸发量1100mm,年平均气温1.5~14℃,年平均相对湿度50%~70%。全流域干旱指数为1.5~3.0。地表径流沿太行山、燕山山脉有一个径流深大于100mm的高值区,太行山、燕山的背风坡,径流深比迎风坡明显减少,多年平均径流深为25~50mm,平原区多年平均径流深10~50mm,径流多年变化幅度比降水更大,径流变差系数Cv为0.19~1.44。该流域多年平均地表水资源量为216亿m3,地下水资源量235亿m3,水资源总量370亿m3。流域人均当地水资源量只有276m3,亩均水资源只有213m3,只相当于全国平均的12%。
3 海河流域的径流变化因素分析
3.1 海河流域气候变化对径流的影响
近50年来,海河流域降水呈明显下降趋势。据统计,1956~1979年,海河流域年均总降雨量1806亿m3,而1980~2000年,年均总降雨量仅1604亿m3,减少了11%;平均每10年减少21.5mm,年气温呈明显升高趋势,平均每10年升高0.31℃。海河流域气候暖化趋势造成地表水资源大量减少,平均每10年减少18%。
当气候处于暖干状态时,由于降水量减少,蒸发量加大,径流将减少。用水量与降水和气温密切相关,气温升高时,各种用水量都将增加,尤其灌溉用水量增大最为显著;消耗水量的加大与回归水量的减少必将使径流进一步减少。消耗水量与气候干旱指数有直接关系,干旱指数愈高,不可恢复水量愈大,回归水量愈小。当地表水开采量与地下水开采量超出了天然补给量时,以蒸发形式返回大气的消耗水量增加,而返回土壤的回归水量减少,以至对陆地水循环产生干扰甚至破坏。这对地表径流产生较大的影响。与其他流域相比,海河流域对气候变化更为敏感也更为脆弱。据研究,在海河流域,当气温不变,降水减少10%时,径流减少26%;当降水不变,气温升高1℃时,径流减少8%;当气温升高1℃同时降水减少10%,则径流将减少30%~35%。
3.2 海河流域时空分布和流域形态径流的影响
3.2.1 海河流域的降雨分布
海河流域包括的9条主要河流,从南往北依次有徒骇河、马颊河、子牙河、大清河、独流河、海河、潮白新河、蓟运河和滦河。河流下游流经天津、河北、山东,分别从塘沽、乐亭、遵化、庆云入渤海湾,流域面积3.18×105km2,为典型的扇形流域。流域北部和西部为山地和高原,东部和东南属于华北平原。山区、高原面积约占全流域60%,平原占40%。各个河流的上游直接与下游相接,几乎无中游段。流域内冲击平原是由流域内各条河流和黄河泛滥冲积而成,微地形相当复杂。
燕山南麓降水在600mm以上,太行山东侧降水在550mm以上,西北部的雁北和冀北高原地区降水量在400mm以下,冀南平原的晋州、辛集、宁晋为平原地区的一个少雨中心,雨量在500mm以下。降水总的趋势是由太行山、燕山迎风区分别向西北和东南两侧减少。五台山与遵化附近是海河流域降水最多的地方,其次是中部的晋州、辛集、宁晋等平原地区,海河流域西北部的冀北和雁北高原多年平均降水量最少,沿海降水量比中部稍多。
3.2.2 降雨在时空上的规律性
海河流域的降水量存在明显的年际变化和年代尺度的周期变化,年际3~7年比较突出,10年尺度变化明显,年代际19~28年尺度明显。时间序列存在4、7、10、24年的主周期变化,且大时间尺度变化较为规则,为准周期振荡。4年周期最为明显,其次是7、24和10年。海河流域的降水量在时间和空间上存在着差异,且差异是带有比较明显的规律性。
在年内尺度内,一般6~9月的径流量占全年的70%~80%,个别的90%。部分调节好的河流也占50%~60%。河流径流的年际变化年内分配有两个特点:枯水期洪水可能性很小,丰水期洪水可能性很大。这些时空分布和地形特征决定了海河流域易旱易涝的特点,也奠定了人类活动对此加以影响的必然性。
3.3 海河流域人类活动对径流的影响
3.3.1 温室效应的影响
直接影响主要指人口增加、社会经济发展引起的生活,生产,生态用水耗损量的增加以及从流域引出的水量和分洪水量等对径流的影响;间接影响主要指工农业生产、基础设施建设和水土保持措施改变了流域的下垫面条件(包括植被、土壤、水面、耕地、潜水位等因素),导致流域产汇条件的变化,从而间接造成河川径流量的减少,间接影响的另一方面是在人类人口增加,社会经济发展的需要,引起了温室效应等气候的变化,导致了海河流域上游冰山雪水融化,致使源头水储备量减少也影响了海河流域的径流。
3.3.2 水利设施的影响
由于海河流域本身的形态特征决定了其易旱易涝的性质,致使该区域的下游经常受到灾害。目前,流域内已建大中小型水库1900多座。总库容300多亿m3,这些水库已经控制山区面积的83%,用以防洪、灌溉、供水、发电等。水库、大坝的建立明显且持久的改变了海河流域的径流面貌,直接影响径流的形态。对流域下游的水资源利用、污染物的清除等有明显的负面影响。
3.3.3 开发地下水的影响
随着人类对地下水的开发越来越多,地下水埋深也由20世纪50、60年代的35mm到70年代的24mm,再到80、90年代的几乎不产流,而径流的减少率也由70年代的31.43%迅速增加到八、九十年代的90%。降水量减少程度远比径流量减少程度要少,说明降水不是影响径流减少的主要因素。径流量的减少大致是从20世纪70年代末开始的,而70年代正是海河流域大面积、大规模进行农田水利工程建设,流域综合治理的人类活动频繁时期。目前人类对水资源开发利用程度依然高扬,地下水开采量十分严重,不仅造成地面沉降、流域生态环境被破坏、还使得海水入侵和咸水下移、污染物入渗速度加快,水源受到不同程度的污染。加上兴办工业带来一系列的水污染、环境地质灾害。综合作用下,人类活动改变了流域的水文情势。破坏了水体的动态平衡,致使地表径流量节节降低。
4 结语
综合对影响海河流域地表径流变化的因素的分析,气候变化和人类活动是导致径流变化的主要原因。要改善海河流域的径流形态,要从两方面做起。
(1)人类必须重视人类的生产生活的活动给整个地球造成的影响。这类活动造成海河流域的降水减少、高山冰雪的融化、地表蒸发量增加等问题,致使海河流域的径流量减少。不仅海河流域如此,世界各地也有其他河流正因此变化遭受不同程度的负面影响。
(2)人类必须建立水资源可持续利用管理系统,提升人与自然和谐共处的理念。海河流域的部分河道由于上游少水截水,下游地下水埋深和严重缺水,地面沉降严重,建立防海水倒灌的闸门,使得其物质的资源和能量的转换功能不能得以更充分的利用。放任其发展,海河流域的生态环境会向更恶劣的方向转变。人类在发展自身利益的同时必须向自然靠拢,还给海河流域一个更加自然健康的流域形态是人与自然和谐相处,社会稳定可持续发展的必由之路。
参考文献:
气候变化对地下水的影响范文4
摘要：针对地下水过量开采导致水资源短缺而严重遏制了呼和浩特市生态经济持续发展的现状，以呼和浩特市平原区为研究对象，对呼和浩特市浅层地下水进行系统取样分析，综合运用描述性分析，相关性分析，折线和饼图图示法，全面系统地研究了呼和浩特市浅层地下水水化学特征与矿化度演变规律。研究结果表明：①呼和浩特市浅层地下水中HCO.32-和Ca2+平均浓度为333525 mg/L和 829704 mg/L，两值均较大，变异系数较小，反映了它们在地下水中的绝对含量较高，为地下水中的主要离子。②地下水中的Na+和Mg2+离子主要是来自各种硫酸盐，重碳酸盐和盐酸盐，地下水中的Ca2+离子主要来自各种硫酸盐和盐酸盐。地下水的矿化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的浓度来控制的。③沿地下水水流方向， 主要离子并不遵循随流程的增加而浓度增加的趋势，而是与地下水温呈现显着的负相关性。HCO.32-和Ca2+离子与地下水温度的负相关最为显着，即温度越低时，离子的浓度反而越高。
关键词：水文化学；浅层水；矿化度；呼和浩特
呼和浩特市位于中东部，河套断陷盆地最东北部，北有大青山天然屏障，东及东南被蛮汉山环抱，盆地三面环山呈簸箕形状，向西南敞开，地势东北高，西南低。呼和浩特市地处我国北方内陆干旱半干旱地区，人均占有水资源量只有412 m3，是全国人均占有量的1/6，为全国严重缺水城市之一，水资源问题是该区域生态经济持续发展的瓶颈。有关呼和浩特市地下水水化学特征方面的研究，已有少量报道，但主要集中在2000年之前。2000年后的研究主要集中在对呼和浩特市地下水位动态以及砷氟等地方病方面，如2002年，刘怡敏等对呼和浩特市地下水位动态及影响因素进行了分析；2009年杨亮平等对呼和浩特市地下水位动态变化及趋势进行了预测研究；2009年李浩，梁秀芬等对呼和浩特市（地区）高砷地下水进行调查研究，查明地下高砷水的形成机制，以期控制地方性砷中毒。而近些年，呼和浩特市经济发展迅速，日益增长的水资源需求和地下水污染问题以及频发的供水安全事件，迫切需要对区域内的地下水资源进行质量评价，而地下水水化学研究是地下水资源质量评价的重要内容。
本研究分析了2009年呼和浩特市地下水中的主要离子含量和水化学特征，探讨了1988年以来地下水矿化度的变化趋势，目的是研究随着工农业和生活需水量的增加促使开采量的增大以及多年来气候变化对矿化度变化趋势的影响，旨在为呼和浩特市制定合理的发展计划和维护生态环境稳定提供科学依据。
1 研究区概况
研究区主要是指呼和浩特行政区内的平原区(包括山前倾斜平原、黄河和大黑河冲积平原)，呼包平原的东北部，在行政区划上包括呼和浩特市所辖规划区(新城区、赛罕区、玉泉区、回民区)、土默特左旗、托克托县、清水河县、和林格尔县及武川县。研究区范围：x：530 500～591 000；y：4 493 500～4 540 500，土地总面积17 224 km2，气候属于内陆干旱半干旱地区［1］。
呼和浩特市浅层地下水系统是一个比较复杂的开放系统。按地下水赋存条件，可分为山前冲洪积平原和冲湖积平原，黄河冲湖积平原和湖积台地4个水文地质区；区内地下水的补给主要来自山区的侧向径流补给及平原内降水的入渗，地下水的排泄主要靠蒸发和开采消耗。
2 采样及测试方法
2.1 采样及测试
在研究区共布置了46个浅层水取样点，其中包括水文化学剖面(沿地下水流方向)上的8个观测井（图1），分别在2009年的9月份取样，TDS是使用上海雷磁水质分析仪现场测试完成。
2.2 数据处理
数据处理综合采用了统计软件SPSS 17.0对地下水中的主要离子含量进行了统计学和相关性分析［2］，同时绘制了折线图和圆形图对地下水流方向上离子化学特征和浅层水矿化度演化进行了直观的分析。
3 结果与分析
3.1 描述性统计分析
对2009年呼和浩特市范围内的46个观测井水样的有关水化学参数进行统计分析，得到地下水主要离子特征见表1。Table 1 Statistics of hydrochemical parameters of groundwater for Hohhot County in 2009 (n=46)
水化学参数最小值最大值平均值标准差变异系数
水温（℃）8.02112.9889.837320.9584990.097435
TDS/(g·L-1)0.270.820.44880.171240.381551
K+/（mg·L-1）0.627.592.361.431480.606559
Na+/（mg·L-1）13.3165.244.46138.46850.865219
Ca2+/（mg·L-1）39.7915882.970431.834110.38368
Mg2+/（mg·L-1）15.3467.5131.344613.440090.428785
Cl-/（mg·L-1）7.79138.344.812935.584010.794057
SO.42-/（mg·L-1）4.53233.158.354652.257880.895523
HCO.3-（mg·L-1）215.2651.5333.52595.33640.285845
CO.32-/（mg·L-1）0203.426.4131.875146
F-/（mg·L-1）0.11.160.4350.228850.526092
溶解性总固体/（mg·L-1）262.4952.7495.6207.24010.41816
pH值7.578.687.99710.372390.046566
NO.3-/（mg·L-1）0.2155.537.667195.33642.531026 从表1中可以看出在阳离子（Ca2+、Mg2+、 K+、Na+）中Ca2+的含量相对较高，平均为82970 4 mg/L，K+的含量最低，平均为236 mg/L;对于阴离子HCO.3-的平均值达到了333525 mg/L，标准差为95336 4，两值均较大，变异系数较小，反映了其在地下水中的绝对含量较高，为地下水中的主要阴离子。而CO.32-的平均值仅为3.42 mg/L，即其在地下水中相对其他阴离子含量最低。出现这种现象的原因是地下水中碳酸存在的形态受pH影响， 在偏酸、偏碱及中性水中HCO.3-占优势，且在pH=834时，HCO.32-达到最高值。本次现场测试结果在整个研究区范围内pH在8.19～775之间， K+、Na+、Cl-、SO.42-和CO.3-的变异系数均较大，表明其在地下水中的含量变幅较大，表明它们是地下水中随环境变化的敏感因子，决定地下水盐化的作用的主要变量。HCO.3-和 Ca2+的变异系数相对都较小，表明它们在地下水中的含量相对比较稳定。
3.2 离子相关性
表2为呼和浩特市平原区2009年地下水中8大离子（CO.32-、HCO.3-、Cl-、SO.42-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+），F-、pH值、矿化度、水温和溶解性总固体的Pearson相关系数。
从表2中可以看出，阴离子HCO.3-、Cl-和SO.42-、与阳离子Na+和Mg2+的相关性显着，相关系数在0.7以上，这表明地下水中的Na+和Mg2+离子主要是来自各种硫酸盐，重碳酸盐和氯酸盐。阴离子Cl-、和SO.42-与阳离子Ca2+的相关性也是比较显着，相关系数在0.5以上，表明地下水中的Ca2+离子主要来自各种硫酸盐和氯酸盐。pH值与CO.32-呈现显着的正相关性，相关系数达到了0896，即表明地下水的pH值主要由CO.32-含量的多少决定。TDS与Mg2+和Cl-的相关关系最为显着，相关系数达到09以上，与CO.32-之间呈负相关性，并且与K+、F-之间的相关性较差，这说明地下水的矿化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的浓度来控制的。
3.3 补给水流方向上水化学特征
2009年9月，在呼和浩特市采集46个观测井水样，采样过程中用GPS记录样点的地理坐标。呼和浩特市地下水主要的补给来源为来自山区的侧向径流补给及平原内降水的入渗，地下水的排泄主要靠蒸发和开采消耗。地下水运动方向是由东北向西南。根据采样点的位置，沿地下水补给水流方向选取8个观测井水样(分别是:①西黄合少乡黑沙兔村②黄合少乡添密湾村③金河镇后三突村④金河镇八拜村⑤金河镇后白庙村⑥小黑河镇杨家营村⑦小黑河镇郭家营村⑧小黑河镇乌兰巴图村)，进行主要离子浓度变化分析。方向是由东北向西南［4-6］。地下水中水温、pH值及主要离子浓度沿地下水水流方向的变化趋势，见图2。
图2 2009年地下水中主要离子浓度，水温及pH值沿地下水水流方向的变化趋势
Fig.2 Changing trends of major ion concentrations，temperature and PH along the groundwater flow direction in 2009
从图2可见2009年呼和浩特市地下水中主要离子沿补给地下水流动方向并不遵循随流程的增加而浓度增加的趋势。而是与地下水温呈现显着负相关性，HCO.32-和Ca2+离子与地下水温度的负相关最为显着，即温度越低时，离子的浓度反而越高。这可能是因为研究区地层主要以碳酸盐地层为主，碳酸盐岩主要由方解石（CaCO.3）和白云石［CaMg（CO.3）.2］这两种矿物组成。因此，碳酸盐岩地区的地下水化学成分的形成主要由方解石和白云石溶解和沉淀控制，而在一定的二氧化碳分压（PCO.2）下，地下水的温度控制着这两种矿物的溶解和沉淀，但这两种矿物与大多数矿物不同，它们的溶解度不是随温度的升高而增大，相反，温度越低，溶解度越高，故出现了温度越低的取样点，HCO.32-和Ca2+离子含量越高的现象。
从图2中也可以看出沿地下水流方向所有的取样点，阴离子都以HCO.3-为主，其次是SO.42-，而Cl-离子浓度很低，这也完全符合碳酸盐地区地下水的一般特点。研究区所有水样的pH值，均在7~8之间，说明该地区含水层为开系统。
4 结论
①呼和浩特市浅层地下水中阳离子Ca2+的含量相对较高，阴离子HCO.3-含量最高，说明研究区范围内的地下水中主要离子为HCO.3-和Ca2+。且HCO.3-和Ca2+也是地下水中含量相对稳定的离子。
②通过相关性分析，可知地下水中的Na+和Mg2+离子主要是来自各种硫酸盐，重碳酸盐和氯酸盐，地下水中的Ca2+离子主要来自各种硫酸盐和氯酸盐。地下水的pH值主要由CO.32-含量的多少决定。地下水的矿化度高低主要是由水中的Mg2+和Cl-的浓度来控制的。
③呼和浩特市地下水中主要离子沿补给地下水流动方向并不遵循随流程的增加而浓度增加的趋势。而是与地下水温呈现显着地负相关性，HCO.32-和Ca2+离子与地下水温度的负相关最为显着，这一特点符合碳酸盐地区地下水的一般特点。
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气候变化对地下水的影响范文5
关键词：水文地质；地质灾害；矿山地质勘查；地下水位；勘查技术
矿山地质勘查同后期工程建设和矿产资源开发存在密切联系，如果矿山地质勘查工作不到位、施工区域相关信息收集不全面，会为后续工作开展埋下安全隐患，诱发地质灾害，不仅威胁到矿山作业人员的人身安全，也会对周围环境产生较大的破坏。矿山地区之所以会出现地质灾害，主要受自然因素和人为因素影响，导致地下水位流动变化，进而使得作业区域水文地质环境发生了不同程度的变化。因此，在矿山地质勘查中，应该充分预测和观测作业区域实际情况，有侧重性地把握水文地质问题，摸索水文地质变化规律，制定合理有效的地质灾害防治措施，以便于创设安全的作业环境，保障作业人员和周边居民的生命财产安全，为后续工程建设和矿产开采提供支持。
1水文地质相关概述
水文地质是矿山地质勘查的重点内容，做好矿山水文地质勘查工作有助于实现地下水资源的合理控制，减少后期作业中出现的不稳定因素带来的影响，消除安全隐患。矿山地质勘查属于地质工程，在后期矿山开采中不可避免地会改变自然条件、矿层和地下水运动等情况，这都将在不同程度上影响后续矿产开采工作的开展[1]。在矿山地质勘查工作中，部分单位仅仅对地下水资源储备和分布情况进行简单了解，却未能深入分析可能出现的地质灾害问题，缺少有效的防控措施，这将会威胁到矿山开采安全，造成不可估量的损失[2]。由于矿山开采资金投入大、劳动力密集，在可带来巨大收益的同时，也伴随着诸多安全风险，如何保障开采的安全性，做好前期的准备工作尤为必要[3]。矿山的勘查和设计，主要是了解矿物集中储存层、岩层结构和地下水稳特征等情况，在掌握地下水实际情况的基础上，制定有效的水文地质灾害防治措施，从而将风险系数降到最低，全面保障作业过程安全。结合工程要求，首先是对作业区域的自然环境条件进行勘查，包括气候、空气湿度以及降水量等；同时勘查施工周边区域地层结构，包括湖泊、河流以及植被的分布情况；对于平原或高原区域，则需要了解岩土层分类和埋藏分布等一系列情况。地下水系流向和补给等情况主要受周边河流湖泊、地面降水量、土壤吸水量以及地壳运动等因素影响，所以需要深入分析区域内地层含水量、岩土结构、地表降水量情况，以获取相对全面的信息[4]。就地下水稳环境分类来看，主要表现在以下几类：其一，地下水文环境相对比较稳定，在长期的地下水系和降水量补给以及排泄和流向走势等因素作用下，基本已经形成了一定规律，大面积用水的可能性不高，因此适合进行矿物开采[5]；其二，开采具有一定难度，地下水活跃，通过长期调查分析和观测，实现采矿作业过程中的安全风险管控，此类情况下，应尽可能减少采矿行为对地下水系造成的不良影响和干扰，实时监控水文环境，将可能出现的损害降到最低；其三，地下水文环境较为复杂，应充分契合采矿区域地质条件，充分调查了解矿井结构，在此基础上形成立体化的勘探网络，并通过定点监控来优化完善地质条件资料，在现代化信息技术支持下建立长期动态监测网络，通过长期监测来总结和摸索地下水稳规律，从而制定切实可行的采矿方案[6]。
2水文地质问题对采矿工程的影响
采矿作业前，通过充分勘查了解区域水文地质情况，为保证后续活动的安全、有序奠定基础。水文地质对采矿工程的影响较大，由于开采过程中水温和水压等因素变化，可能引发安全事故。矿山水文地质表现多样，主要表现在水温下降、上升或是频繁升降，如果水位控制不当可能会对地质工程带来不同程度的损坏，加剧矿山地质变性。在地质工程施工中，受外部作用力影响会导致水文地质动力平衡条件发生变化，从而埋下安全隐患[7]，如基坑流沙和突涌等问题，均在不同程度上影响着采矿作业活动的顺利进行，因此需要予以高度重视。
3水文地质问题分析
3.1水文地质勘查落实不到位
在矿山地质勘查工作中，需要相关人员对勘查落实情况予以高度重视，依据制度和规范进行操作，但实际上却存在很多漏洞和不足，具体有：划分含水层与分断层时，缺少全面、真实的勘查数据提供支持，更多的是依据勘查人员自身经验进行划分，影响了划分的合理性；地下水动态预测分析能力不足，仅仅是对水位和水量进行勘查，缺失对影响的分析，在一定程度上威胁到岩体工程稳定性和安全性，易诱发较为严重的安全事故[8]。
3.2松散对基层的不良影响
矿山地质勘查中，地质灾害发生后，伴随出现的松散堆积情况较为严峻，表现在砂土碎石、粉质黏土混合物厚度在1~3m范围内，结构可能存在松散情况。一旦遇到水则会降低结构整体抗剪力，导致稳定性不足，大大增加滑动几率。在矿区地质条件中，矿区的地质灾害发生几率较高，存在平整情况，有部分矿区的坡度甚至达到了42°，对于此类情况，沙层滑动、崩塌事故出现的几率会大大增加[9]。
3.3地下水位异变
矿山开采中受到扰动会破坏地层结构，使地下水位发生变化，产生不可估量的后果。地下水位异变诱发的灾害主要有三种：水土流失主要是指在矿产资源开采中，会有大量渣土松散堆积物，孔隙度大、结构疏松，受水因素影响出现位移滑动，进而出现水土流失情况；矿坑吐水是指地下水位突然变化，导致矿坑中进水，诱发较为严重的矿山地质灾害，此类灾害规模大，具有突发性特点，所产生的后果十分严重；坑内泳浆则属于矿坑突水产生的伴随灾害，危害较大，可能突破隔水层，导致大量泥沙和岩屑进入到矿坑而诱发地质灾害事故[10]。
4水文地质因素引发的灾害
地下水位变化诱发水文地质灾害，地下水埋深越深，水压越高，需维持水压和气压平衡，地下水从补给区朝着排泄区流动，水压超出一定标准后则会呈现升高和下降两种波动。究其根本，土壤密度变化导致了地下水水压变化，土壤中的矿物质无法给微生物提供安全的环境，进而增加了山体滑坡、崩塌和土地沉降等安全问题。对于此类问题，要想有效解决水压波动情况，还需要利用人工手段进行针对性处理，以改善矿山内部土壤条件，实现内外压力平衡[11]。因此，在对矿山水文地质情况进行勘查时，需要先确定水文地质勘查难度等级，在相对简单的水文地质环境中，可能引发灾害的概率较小，但在复杂程度较高的水文地质勘查活动中，应密切关注地下水位和地下水压的变化。
4.1地下水位变化引发的灾害
在无重大地质运动的自然情况下，地下水的水层结构分布、水流方向都会保持在相对稳定的状态。但当地下水所处地理环境发生变化时，可能会对地下水的水层分布状态造成影响，进而引发水文地质灾害。如图1所示，常规情况下地下水是通过地上水系进行补给，若地表水发生异常增量情况，地下水层中承压水总量增多，各层水和潜水水位都会受承压水总量变化的影响而发生水位上升情况潜水水位过高会直接加大矿体土壤与水体的接触面积，加快土地盐碱化速度，同时矿山土壤中矿物元素被稀释，矿产资源总量减少，影响矿山开采量。若矿山土壤湿度过大，会直接削弱土壤黏性，导致矿山土壤结构松散，极有可能在地质勘查或矿产资源开采过程中发生山体滑坡、矿洞坍塌等不良现象，严重威胁工作人员的生命安全。此外，健康的地下水水层结构应不断得到来自补给区的水体补充，但当矿山环境水文地质条件较为复杂时，部分矿山山体补给区水层被宽体碎片堵塞，导致地下水层结构未能得到稳定的水体补给，地下水经排泄区不断排出后，矿山中地下水水位不断降低，也会引发山体坍塌、滑坡等地质灾害。若矿山地下水水位存在频繁升降情况，会使土体在短时间内频繁发生涨缩，也可能造成地下矿洞的裂纹、坍塌等不良现象。
4.2地下水水压变化引发的地质灾害
地下水水压大小会直接受到水面与上层土壤高程比的影响，地下水深度越大，水压越高。但水流从补给区流动到承压区的过程中，水波的流动会平衡地下水水压和大气压之间的关系，若地下水水压比的波动区间更高，则地下水会在水压的作用下发生上升或下降。引发地下水水压波动的原因较为复杂，如人类过度开采地下水资源、自然地质活动、气候变化等因素都会引发地下水水压上升现象，短期大量降雨、地震、过渡灌溉等因素则会引发地下水水压下降现象。水压的波动不仅会加快土地盐碱化速度、削弱土层承载力、破坏土壤结构、腐蚀建筑物，还会引发泥石流、山体塌陷、地下水枯竭等多种地质灾害。
5水文地质灾害防治有效措施
对于目前矿山地质勘查中的水文地质灾害问题，需要积极转变理念来制定合理的防治措施，并在具体作业中予以应用，可以有效减少人员和财产损失，从而创设安全的作业环境。
5.1加强人为因素的防控
自然因素所产生的水文地质灾害多是无法逆转的，但人为因素所导致的水文地质灾害是可以规避的，也是水文地质灾害防治的重要内容，需要予以高度重视。因此，应做好矿山区域的环境绿化工作，适当地增加绿色植被的覆盖面积，以起到涵养水源、防风固沙的作用，对于保护施工区域水文环境也具有积极作用。矿山单位要加强污水治理，选择合理措施来处置污水，避免将未经处理工业污水的随意排放到河流湖泊中，否则污染物会顺着河流进入到地下水，造成矿山区域地下水系受到污染。被污染的水资源中有大量重金属物质会侵蚀土壤环境，易诱发不可估量的地质灾害[12]。通过矿山地质勘查来收集相关数据信息，绘制较为全面、合理的施工图，依据施工图规范挖掘作业，在可提升作业效率的同时，规避对矿山周围环境产生的破坏和污染。此外，还要避免地下水资源过度开采，否则会导致水文地质环境发生变化，致使后期水文地质灾害发生几率大大增加。扩大教育宣传，增强人们的环境保护意识，对于违法、违规行为实施针对性处置[13]。
5.2加强水文地质环境实时监测
基于现代化信息技术，加强水文地质环境的实时监测，收集相关数据信息进行处理分析，以便于编制合理的防控预案。水文地质灾害多是突发的，因此需要专职部门通过矿山地质勘查来了解采矿区域水文地质情况，做好实时监测工作，确保水文地质变化始终在可控范围内。充分根据实际情况，观察矿山降雨量，一旦超出预警值则要做好疏通和管理工作，从而规避矿山崩塌事故的出现。对于地质条件相对简单的矿山，则要注重坍塌事故的预防，并设立合理的监测机构，编制完善的水文地质监测制度，以指导后续作业活动的规范有序进行[14]。
5.3建立应急救援队伍
为了在出现安全事故后，可以第一时间组织相关人员进行营救，将损失降到最低，维护人员的生命财产安全[15]，应聘请和培养专门的应急救援队伍，除了救生员和管理人员外，还要配备一定数量的医护人员，以对受伤人员进行第一时间的医疗救治，避免人员由于伤势过重致残、死亡。工作人员需要严格遵循工作流程开展工作，规范勘查环节，合理收集及分析数据，提升矿山地质勘查工作有效性。
5.4积极引进前沿技术手段
科技不断创新发展，积极引入新技术、新设备到矿山地质勘查工作中显得尤为必要。矿山的水文地质问题类型多样，也在无形中威胁着勘查人员人身安全，因此需要充分勘查地下水情况，发挥地理信息系统、遥感技术、数字化技术等优势，以适应多种恶劣环境矿山地质勘查需要，提升勘查工作有效性，同时为后续水文地质灾害防控提供支持[16]。例如，地震勘探技术主要依据工矿区地下介质的弹性及密度差异进行勘探，利用地震波传输和接收来分析，从而全面了解矿层性质，对于后续矿山开采有着积极作用。高密度电阻率法则属于一种新型的勘探技术，主要是依据岩石介质导电特性设立电流场，以维护电流场稳定，并全方位研究电流场分布情况，通过合理预测和判断来保障勘探工作质量。
6结语
矿山地质勘查工作专业性较强，涉及到诸多环节，因此需组建一支高素质的矿山地质勘查队伍。遵循勘查制度和流程，灵活运用前沿的勘查技术来分析水文地质问题，并针对可能出现的水文地质灾害编制合理的防控方案，将安全事故降效率到最低，从而创设安全的矿山作业环境。
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气候变化对地下水的影响范文6
关键词 水利工程；生态环境；影响
中图分类号TV5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0084-02
建国以来我国的水利工程建设取得了长足的发展，在抗涝防旱、保护水土资源、改善生态环境、促进工农业生产稳定持续发展等都起到了重要的作用。但我们也应看到它的建设给生态环境带来的影响也是多方面的，甚至是持久而深远的。
1 对局地气候与大气的影响
1）水利枢纽工程的建设会给库区的微气候带来影响和改变。特别是大中型规模的水库及灌溉设施的建成，对于其周围环境的改变和影响是不可避免（如陆地向湿地的变化），从而影响到局部的小气候。主要表现在：一是库区大面积的蓄水使得降水的出现；二是，由于受到低温效应的影响，而其周围一定距离内的降雨量会有所增加；在降雨的时间上，由于库区夏季水面气温相对大气较低，使得对流减弱，降雨减少；而冬季反之增加；
2）建成后的水库或大坝下垫面由陆地面变成水面，与空气间的能量和强度发生了变化，从而导致气温的变化，年平均气温略有升高，尽管影响不明显，但却不可忽略。
2 对水文情势与水温带来的影响
1）在水利枢纽建成后由于其改变了河道的流量（水文循环情势），从而导致整个流域的周围环境受到利弊同在的影响。存蓄水期的水库，可能使原本的河流变为湖泊，水位抬高水面增大，这不仅致使水面水汽蒸发的增大，大气中水分的循环变化；也会导致水库发生渗漏，水库等地下水位上升。总体来说水利工程对水文情势带来的影响变化主要包括了：季节性高峰期流量的失去，不同阶段水流速变缓，急流状态消失；流量的稳定性和水的流速频率变化；水位落差发生变化，来水的时期、时间都发生相应改变，水的蒸发与下渗改变了水分的循环等，这些水文突变都影响和改变了原河流以及其周围的生态过程和功能；2）对水温的影响。水温的变化主要是由于原有的水库水温结构，使流入库中的水温与流出的水温产生的温差现象。
3 对泥沙的影响
水利枢纽的建设导致水库上下游河道的泥沙输移及沉降模式必然性的被改变，从而影响到整条河流和库区生态环境。水库蓄水后，上流河段的流速减缓，流入库区的水流中的泥沙淤积下来，不仅给航道的运行带来影响，库容也因此被减小，导致了水库运行效益的降低，水库使用年限的减少。另外，河流上建坝，阻断了天然河道，河流流态也随之发生变化，泥沙的运动规律也发生改变，进而引发和导致整条河流上下游和河口水文特征的改变，这也是最大的生态问题之一。
4 给水质带来的影响
水库工程对于水体水质的影响是较为明显的，总体来说一方面，由于库内水体体积大，使得水流减慢，水体滞留在库区的时间增长，这不仅对流入库内的水体中悬浮物的沉降有利。沉淀后，水体硬度得到降低，也减小了因水体中碱性pH值增高导致的水体毒性增大。另一方面，库内水流速的减小，也带来了一些负面的影响。如，水与空气中的气体交换的速率和库区及周围污染物的迁移扩散力都会降低，富氧能力减弱，这对水库自身自净力是不利的。
5 对地质和土壤带来的影响
建成后的水库会导致沿岸地下水储存的变化，上升后的地下水位浸没周围的土地，导致周围土地盐碱化、沼泽化。
浸没在地下水中的土地，由于水的阻隔，其与空气的通气条件受到影响而减弱，导致土壤中原有微生物的减少、土壤肥力下降，从而影响作物的成长。另外，土壤中过量的水分致使植物根系呼吸、导致植物根系衰败，而当地下水位上升到达耕作层时，土壤水分湿度过大，土地就会被沼泽化。
对地质带来的灾害影响：
水库及周围水压增大，致使水压作用力下岩石本身存在的裂痕缝隙与断裂面产生，导致岩层与地壳间原有地应失去平衡，地震的诱发可能性增大。库中水位的升高，导致岸坡土体抗剪强度降低，滑坡、塌方的发生及危险岩体失稳的出现，从而出现库岸滑塌。建成后的水库，水体渗漏会给库区周围的水文条件发生改变，如果库中为污水则极易造成周围地下水体的污染。
6 对生物的影响
对陆地生物的影响主要包括：库区淹没和永久的工程建筑，对陆生动植物带来直接甚至永久性的影响；另一方面，是对库区及周围造成间接性的气候变化、土壤沼泽化、盐碱化等问题，并导致动植物结构、种类及生活等多方面的影响和变化。水库的兴建以及之后的蓄水会淹没流域或沿岸地势、海拔较低的农田、坡地、平原等，这对农业以及陆生生物带来不利影响。
对水生生物来说，水利工程对于水生生态系统的影响直接而明显。对水生物的影响最大的是在鱼类的资源上：鱼类的洄游路径被阻隔。河流的梯度开发，水库大坝对江河截断，都导致鱼类加重或不能按照正常的周期和条件正常生活。水库带来了水体的水文变化，从而影响到不同栖息环境。
7 对人口迁移和土地利用的影响
人口迁移问题的影响也是不同的。但总的来说，水利工程会打破一定区域内人们长期建立起来并赖以生存的政治、经济、文化、风俗体系。另外，水利工程的建设中会带来噪音、废水、固体废弃物等的污染，建设后还会由于周围湿地的产生、增多，对蚊虫等的滋生提供了条件环境，直接或间接影响到人们的身体健康。
总之，对于水利工程来说，其本质就是处理好生态问题，任何一项的水利工程都不应以破坏生态环境为代价。水利工程建设就应以树立和坚持和谐、绿色、科学的发展观为基本理念，正确并从长远利益角度处理生态环境问题，实现生态环境和水利工程的协调发展。
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