【摘要】：近些年來(lái)受氣候變化和人類活動(dòng)的影響,北方灌區(qū)水資源短缺,供需矛盾突出,渠井用水比例失調(diào),地下水無(wú)序開采,導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)環(huán)境劣變,嚴(yán)重影響灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展,因此,研究渠井結(jié)合灌區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)問(wèn)題,探討合理的地下水位動(dòng)態(tài)調(diào)控方案,有助于深入地認(rèn)識(shí)灌區(qū)地下水循環(huán)規(guī)律,科學(xué)合理地應(yīng)對(duì)變化環(huán)境對(duì)水資源的影響,對(duì)灌區(qū)水資源高效安全利用具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文以陜西省涇惠渠灌區(qū)為研究區(qū),通過(guò)對(duì)灌區(qū)地下水系統(tǒng)、地下水循環(huán)特征、地下水系統(tǒng)外部環(huán)境因子的分析,構(gòu)建了灌區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)模型,模擬預(yù)測(cè)了不同情境方案下的地下水位動(dòng)態(tài),研究了灌區(qū)地下水位調(diào)控的合理方案。主要研究結(jié)論如下:(1)通過(guò)對(duì)涇惠渠灌區(qū)地形地貌特征及水文地質(zhì)條件的分析,概化了灌區(qū)地下水系統(tǒng),分析了地下水位的演變特征。結(jié)果表明:灌區(qū)地下水系統(tǒng)的輸入主要有降水入滲補(bǔ)給、河道及渠系滲漏補(bǔ)給、田間灌溉入滲補(bǔ)給及井灌回歸補(bǔ)給等,地下水系統(tǒng)的輸出主要有人工開采、潛水蒸發(fā)及河道側(cè)向排泄等;近31年(1980~2010年)來(lái),灌區(qū)地下水位埋深呈增大趨勢(shì),地下水位累計(jì)降幅為11.88 m,年均降速為0.38 m/a。(2)闡述了地下水系統(tǒng)與外部環(huán)境的關(guān)系,分析了灌區(qū)地下水系統(tǒng)外部的主要變化環(huán)境因子,運(yùn)用滑動(dòng)平均值法、Spearman及Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法分析了氣候與人類活動(dòng)因子的演變特征。研究結(jié)果表明:灌區(qū)地下水系統(tǒng)外部的主要變化環(huán)境因子為降水量、蒸發(fā)量、渠首農(nóng)灌引水量、田間灌溉用水量、地下水開采量及渠井用水比例。近30多年來(lái),灌區(qū)降水量呈顯著下降趨勢(shì),其線性傾向率為2.09 mm/a,且有年際間變化較大,年內(nèi)分配不均的特征,而蒸發(fā)量下降趨勢(shì)不顯著,線性傾向率僅為0.04mm/a,渠首農(nóng)灌引水量及田間灌溉用水量均呈顯著下降趨勢(shì),線性傾向率分別為588.33萬(wàn)m3/a和220.26萬(wàn)m3/a,地下水開采量下降趨勢(shì)不顯著,線性傾向率僅為0.01萬(wàn)m3/a,而渠井用水比例呈顯著下降趨勢(shì)。(3)構(gòu)建了基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及多變量時(shí)間序列CAR的灌區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)模型,運(yùn)用通徑分析法識(shí)別了灌區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)響應(yīng)的敏感性因子。結(jié)果表明:在模型模擬精度方面,BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型整體上優(yōu)于多變量時(shí)間序列CAR模型,僅在IB區(qū)多變量時(shí)間序列CAR模型高于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,故在IB區(qū)選用多變量時(shí)間序列CAR模型,在其余各區(qū)選用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為灌區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)對(duì)變化環(huán)境的響應(yīng)模型;受地下水循環(huán)條件的影響,不同水文地質(zhì)分區(qū)的地下水位動(dòng)態(tài)敏感性因子表現(xiàn)出微小的差異,IA區(qū)與IB區(qū)最大敏感性因子為渠井用水比例,最小為渠首農(nóng)灌引水量;IIA區(qū)與IIB區(qū)敏感性因子的大小排序?yàn)榍盟壤⑻镩g灌溉用水量、地下水開采量、渠首農(nóng)灌引水量和降水量;IIC區(qū)與IIIB區(qū)最大敏感性因子為渠首農(nóng)灌引水量,最小為降水量,其后依次為田間灌溉用水量、渠井用水比例及地下水開采量;IV區(qū)為渠首農(nóng)灌引水量、田間灌溉用水量、降水量、地下水開采量及渠井用水比例。(4)根據(jù)灌區(qū)歷史降水量資料,運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)了2011~2020年灌區(qū)年降水量,以灌區(qū)近31年平均渠首農(nóng)灌引水量及地下水開采量為基準(zhǔn),設(shè)置了逐年預(yù)測(cè)降水情景下的人類活動(dòng)方案,并對(duì)不同情境方案下的地下水位埋深動(dòng)態(tài)進(jìn)行了模擬計(jì)算;以地下水位變幅最小為準(zhǔn)則,確定了灌區(qū)合理的地下水位動(dòng)態(tài)調(diào)控方案。研究結(jié)果表明:在設(shè)定的調(diào)控期內(nèi),除IIA區(qū)2014年地下水位埋深變化幅度較大外,其它各分區(qū)地下水位埋深年變幅均比較小,基本上能夠?qū)崿F(xiàn)地下水采補(bǔ)平衡;全灌區(qū)地下水位埋深最大年變幅為-0.7 m(2017年),相應(yīng)的渠井用水比例為1.28,最小年變幅為-0.01 m(2012年),相應(yīng)的渠井用水比例為1.24,未來(lái)10年累計(jì)地下水位埋深變幅為-1.32 m,意味著若能實(shí)施地下水位動(dòng)態(tài)合理調(diào)控方案,灌區(qū)地下水位將在多年平均水平的基礎(chǔ)上回升1.32 m,達(dá)到了抑制地下水位持續(xù)下降,并逐步得到回升的調(diào)控目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S273.4

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本文編號(hào)：2617759