石羊河流域地下水系统脆弱性研究

石羊河流域地处我国西北内陆干旱区,该区自然条件恶劣,水资源贫乏,生态环境脆弱,地下水资源的合理开发利用对社会经济的发展和生态环境的保护有极其重要的作用。然而,近几十年来绿洲农业发展对水资源的开发利用,加剧了外部环境对地下水系统的影响,使地下水系统的功能严重衰退,产生了一系列环境问题,严重影响着流域地下水资源的持续利用和生态环境安全。因此,研究流域地下水系统的脆弱性机理、表现特征、评价指标体系和方法以及地下水系统脆弱性的空间变异性,对地下水资源的可持续利用和生态环境建设有着十分重要的理论意义和应用价值。 本文在对流域地下水系统的基本概念,地下水系统的结构、资源属性和环境属性分析的基础上,概化了流域地下水系统,分析了系统的功能、环境、脆弱性内涵和表现特征,界定了地下水系统脆弱性的定义。 流域地下水系统是一个开放性的自然?人工复合系统,地下水作为核心与人类活动、生态环境、地表水发生紧密联系,而人类活动、地表水和生态环境之间又相互联系,进而影响到地下水系统。由此出发,从自然因素、人为因素和生态环境因素三个层面揭示了地下水系统的脆弱性机理。 从地下水系统的输入、系统实体和输出的角度出发,并综合考虑地下水系统的功能和脆弱性机理,选取降水量、地下水补给强度、地下水开发利用强度、导水系数、地下水位埋深、矿化度、硝酸盐和总硬度做为流域地下水系统脆弱性评价指标体系。并充分利用GIS软件提取各类图像的有用属性信息,结合数据资料得到各评价因子分区图。在地理信息系统软件MapInfo的平台上,根据地下水动态观测孔资料将流域分为69个评价分区,并采用综合指数法对各评价分区的地下水脆弱性进行了评价;利用MapInfo的专题图绘制功能制作了石羊河流域地下水系统脆弱性等级图,并在此基础上利用MapInfo的查询统计功能对评价结果进行了分析,探讨了GIS在地下水系统脆弱性评价中的应用。 探讨了灰色关联投影法和基于MATLAB的人工神经网络在地下水脆弱性评价中的应用,并根据评价结果利用MapInfo制作了脆弱性评价等级图。经分析,三种评价方法的评价结果基本上一致。评价结果表明:研究区90%以上的区域,地下水系统为中等脆弱和严重脆弱。其中,民勤盆地地下水系统处于严重脆弱向极端脆弱过渡的阶段;武威盆处于中等脆弱向严重脆弱过渡的阶段。总体来说,石羊河流域平原区地下水脆弱性比较严重,武威盆地地下水脆弱性程度不如民勤盆地地下水严重。