区域地下水位监测站网优化布局研究——以德州宁津浅层地下水超采区为例

摘要

地下水是非常宝贵的自然资源，对我国的饮水安全、经济安全、粮食安全和生态安全发挥了十分重要的作用。然而，长期以来对地下水资源不合理的开采，造成了部分地区超采严重，形成了大面积的降落漏斗，引发了地下水位下降、生态恶化等一系列地质环境问题（陈国浩，2007）。地下水的保护已成为一项非常重要的环境、社会经济、社会福利以及政治任务(Rasula，2001)。为了揭示地下水的运动规律，建立有效的地下水动态监测网，对超采区地下水的时空变化进行监测，是地下水管理、开发与控制的一项重要任务。
　　我国的地下水监测站网的布设研究已有几十年的历史。由于技术的限制，国家对地下水站网布设的方未能全面掌握，经验也未进行总结，这种状况不利于水资源和水环境的科学管理和保护。因此，全面了解超采区地下水监测站网的现状及存在问题，应用科学的方法重新评价地下水监测站网拥有的数据和信息收集能力，实现地下水监测站网的优化布局，这对切实保护好地下水资源、推动生态建设工作深入开展打下了坚实的基础。
　　为了对德州宁津浅层地下水超采区的地下水位监测网进行优化设计，本文在分析现有的资料及前人研究成果的基础上，充分了解了研究区的水文地质条件，对研究区现有监测井的分布与水位资料进行整理，进而实现对德州宁津浅层地下水超采区地下水水位监测网的优化。论文的主要研究内容及结论如下:
　　(1)通过收集地下水监测井布设资料、水位监测资料等基础资料并进行整理，分析区域当前地下水监测站网和监测技术现状。
　　(2)根据宁津浅层地下水超采区现有监测井的水位资料，由变差函数的性质及前人的研究成果，通过Matlab计算出变差函数的表达式为γ(h)=0.3262hij1.4467。
　　(3)根据计算出的变差函数，用克里金插值法计算出优化前后插值误差的理论方差，给出理论方差的临界值为0.50～0.60。在理论方差小于临界值的区域减少监测井，在理论方差大于临界值的区域增加监测井，直到满足要求。最终的优化结果是删减80号监测井，新增23眼监测井。
　　(4)用Arcgis作出理论方差的等值线图，对比分析优化前后的结果可以看出，优化后理论方差的范围在0.50～0.60之间，满足监测要求。
　　(5)用Surfer作出优化前后的地下水等水位线图可以看出，优化后的线条分布更明显，峰谷更加清晰，优化后更能准确反映动态观测区地下水位动态变化规律。可以对地下水动态以及降落漏斗的演化进行更好的监测，满足优化需求。

目录

声明

符号说明

摘要

1 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 研究的主要内容及方法

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 研究的创新点

1．4 技术路线

2 研究区概况

2．1 自然地理

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 土壤植被

2．2 地质概况

2．2．1 地层概况

2．2．2 地质构造

2．2．3 水文地质

2．3 河流水系

2．4 气候气象

2．5 社会经济

2．6 地下水资源现状及开发利用分析

2．6．1 浅层地下水资源现状分析

2．6．2 浅层地下水开发利用现状分析

3 地下水监测站网优化设计

3．1 研究方法与原理

3．1．1 克里金方法原理

3．1．2 变差函数的确定

3．1．3 克里金方程组的求解

3．1．4 理论方差的确定

3．2 地下水超采区的划分

3．2．1 地下水超采区的划定依据

3．2．2 划定地下水超采区的程序

3．2．3 地下水超采区的划定

3．3 地下水超采区的分类

3．3．1 地下水超采区的分类方法

3．3．2 地下水超采区名称及编号

3．3．3 地下水超采区的分级

3．3．4 严重超采区的划分标准

3．4 浅层地下水超采区的动态监测和调查

3．4．1 动态监测区范围的确定

3．4．2 地下水水位动态监测井的布井情况

3．4．3 浅层地下水水位动态监测

3．5 优化目标的确定

3．6 现状宁津县浅层地下水超采区监测站网评价

3．6．1 两两井距的计算

3．6．2 监测井水位平方增量的计算

3．6．3 变差函数的确定

3．6．4 阶数N的确定

3．6．5 理论方差的计算

3．6．6 现状地下水监测站网评价

3．7 宁津浅层地下水超采区站网优化

3．7．1 优化原则

3．7．2 理论方差的计算

3．7．3 结果分析

4 结语

4．1 研究成果

4．2 前景展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文情况