几种地下水脆弱性评价方法之比较

地下水脆弱性研究是保护地下水环境工作的基础。对地下水脆弱性进行评价,可为合理地保护、开发和利用地下水资源,实现地下水资源的可持续利用提供有益参考。应用熵权系数法、基于RAGA的投影寻踪模型以及多目标模糊模式识别模型等几种模型对三江平原地下水脆弱性进行评价,得出评价结果。将结果进行横向比较,分析几种评价方法各自的优缺点,为地下水脆弱性的评价提供新的思路和方法。     

滹滏平原地下水资源脆弱性时变分析

采用灰色关联度法和BP神经网络法计算各指标权重,然后用综合指数法分别对滹滏平原1984年和2000年地下水资源脆弱性进行了评价。2000年相对于1984年,地下水资源脆弱性分布特征发生了明显的变化,而且脆弱性级别升高。地下水资源脆弱性具有时变性,制定地下水合理利用模式时应当结合现状实际地下水资源脆弱性。     

三江平原地下水脆弱性评价的熵权系数法模型

地下水脆弱性研究是保护地下水环境工作的基础。对地下水脆弱性进行评价,可为合理地保护、开发和利用地下水资源,实现地下水资源的可持续利用提供有益参考。地下水脆弱性评价的关键是指标体系的建立。结合三江平原实际情况,在传统的DRASTIC模型基础上,建立新的指标体系,包括以下7项指标：地下水埋深、含水层的净补给、含水层的介质类型、土壤介质类型、含水层水力传导系数、土地利用率和人口密度。根据相关性分析,该评价指标体系较为合理。传统的评价方法,如层次分析法或模糊数学方法,不能排除主观确定权重的人为干扰,评价结果往往带有一定程度的主观性误差。为了合理地对地下水脆弱性进行评价,首次将熵权系数法模型应用于地下水脆弱性评价之中。该方法的权重通过计算过程得出,排除了人为的主观性干扰,为地下水脆弱性评价提供了一种新的方法。将该方法应用于三江平原的地下水脆弱性评价,得到了满意的结果。该模型的评价结果与基于实数编码加速遗传算法的投影寻踪模型的评价结果完全相同,说明熵权系数法可以应用于地下水性评价,其评价结果可为有关决策部门提供参考。     

平潭岛地下水脆弱性评价

在分析平潭岛地质和水文地质条件的基础上,采用DRASTIC模型法,对岛内地下水系统的脆弱性进行评价。评价结果表明：平潭岛大部分区域地下水脆弱性程度较高,特别是滨海平原区脆弱性程度更高,受污染的可能性很大。希望能为今后开采利用地下水资源提供科学参考。     

基于GIS/RS的衡阳盆地农村水资源系统脆弱性动态演变研究

为研究衡阳盆地农村水资源系统脆弱性动态演变问题,采用GIS/RS方法,以衡阳盆地为研究对象,构建由多年平均降水量、干旱指数(7—9月)、坡度指数、土壤蓄水能力指数、植被覆盖指数、土地利用指数、水源可获得性指数和人类活动指数8个指标组成的评价指标体系,对1990—2010年衡阳盆地农村水资源系统脆弱性进行定量评价,构建模型对其脆弱性指数的时空演变特征进行分析。结果表明:1)衡阳盆地农村水资源系统脆弱性近20年内整体呈现"中高周低,北强南弱"空间分布之势。2)研究期内,脆弱性整体有所增强,空间分异明显,脆弱性增强区域呈条带状南北展布,脆弱性减弱区域则呈团聚状分布在东西两翼。从各时段的变化来看,脆弱性变化大体呈"首尾增长、中间下降"的规律。3)从全时段脆弱性指数变化来看,衡山、衡阳和衡东3县农村水资源脆弱性增强明显,耒阳和祁东2县(市)则以脆弱性减弱为主,常宁和衡南2县(市)各种变化类型相对均衡。4)脆弱性指数变化的空间分异特征大致可以分为4种类型:波动变化型,先减弱、后强势增长型,先增强、后强势减弱型和先强势减弱、后恢复性增长型。5)从不同时间变化趋势来看,脆弱性以波动变化为主要类型,其次是未变化类型,单调增加、单调减少两种变化类型非常少。可见,近20年来,衡阳盆地水资源脆弱性强度整体有所增强,脆弱性指数具有明显的时空分异特征。加强水资源系统的科学管理成为有关部门的紧迫任务。     

Visual MODFLOW在李官堡水源地水流模拟中的应用

数值模拟方法目前是模拟地下水流动和评价地下水资源量的主要技术方法之一。Visual MODFLOW软件具有系统化和可视化的突出特点,因此应用该软件建立地下水系统的数学模型,对沈阳市李官堡水源地的水流情况进行了模拟和预测。模拟结果表明,该水源地为建设项目提供所需的9.8×104m3/d水量是可行的。模型的建立对傍河型水源地的建设和开采水量的预测有一定的借鉴价值。     

基于GIS与熵权的DRASCLP模型在地下水脆弱性评价中的应用

对于目前广泛应用于地下水脆弱性评价中的DRASTIC模型进行了评述,并指出了该模型存在的问题.根据三江平原的实际情况,提出了基于熵权的DRASCLP评价方法,该方法选取地下水埋深等7个评价指标作为评价因子,应用熵权系数法确定各因子的权重,并结合GIS的空间叠加功能对该区的地下水脆弱性进行评价.评价结果表明:三江平原地下水脆弱性从西北方向向东南方向呈现逐渐减弱趋势,该评价结果为三江平原地下水资源的开发利用和保护提供决策依据.     

基于地理探测器的江西省万安县生态脆弱性时空演变及驱动力分析

[目的]对江西省万安县生态脆弱性近30a的脆弱性进行定量研究,为县级土地脆弱性定量评价提供借鉴方法,以此促进县级社会—经济—生态可持续发展。[方法]运用1987,1995和2015年3期遥感影像数据,在分析生态脆弱性概念与评价方法的基础上,依循"压力—状态—响应"评估框架,选取景观分维数、破碎度、优势度、景观适应度4个景观格局指数,以及人类活动干扰指数、植被覆盖度指数、地形指数、景观类型指数,从生态压力度、敏感度、恢复力3个方面出发运用熵权灰色关联法构建生态脆弱性评价模型,基于格网尺度对万安县生态脆弱性进行动态评价和分析。[结果]1987—2015年万安县生态脆弱性不断加剧,其中存在68.72%的样本区生态脆弱度指数增大。通过万安县生态脆弱性分布图和趋势图可知,全县生态脆弱度高值区域集中在中北部地区而低值区集中于南部和西北部。采用空间自相关分析法分析万安县土地生态脆弱性指数空间上的集聚特征和显著性,1987—2015年万安县土地生态脆弱性存在较高的空间自相关性,空间自相关性呈现上升趋势。运用地理探测器方法,表明万安县生态脆弱性主要驱动因素是乡镇人均纯收入、单位耕地面积化肥施用量和非农业人口比重。[结论]研究区生态环境严峻,亟需针对万安县资源、气候、地形、土壤等条件,合理规划用地,科学系统划分生态功能区。     

中亚农业水资源脆弱性及其变化特征分析

农业用水是链接自然环境和社会经济发展的重要环节,研究农业水资源脆弱性的时空变化对揭示水资源的可持续开发利用、保障水资源安全、应对洪旱灾害具有重要意义。为研究中亚地区农业水资源脆弱性变化特征,本文以中亚五国为研究区,基于气象、土地覆盖、地形和社会经济数据,依据脆弱性概念框架,从暴露度、敏感度和适应度3个方面选取18个指标,建立了农业水资源脆弱性评价指标体系,采用等权重法和主成分分析法确定指标权重,对1992-2017年中亚农业水资源脆弱性进行了评价及特征分析。结果表明:1)中亚农业水资源脆弱性空间分布表现为"南高北低"的特征,5国中土库曼斯坦农业水资源脆弱性最强,其次为乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦,而哈萨克斯坦农业水资源脆弱性最弱;研究时段内农业水资源脆弱性空间分布格局变化较小。2)中亚农业水资源脆弱性随时间变化表现为"前期升高,中期降低,后期稳定"的态势,整个研究期内研究区农业水资源脆弱性变化类型以相对稳定为主。不同地区农业水资源脆弱性随时间的变化存在差异,吉尔吉斯斯坦西部和土库曼斯坦的农业水资源脆弱性升高,乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦以及咸海地区水资源脆弱性降低,其他地区相对稳定。3)不同地区农业水资源脆弱性对各指标的敏感性不同,北部农业水资源脆弱性动态变化对农田灌溉定额和灌溉指数以负敏感为主,对其他指标以正敏感为主,而南部对各指标的敏感性正负均有;相关性分析表明,森林覆盖率、农业用水比例、农田灌溉定额、水分胁迫指数、灌溉指数和农业水分生产率是导致中亚农业水资源脆弱性空间差异的重要因素。4)为降低农业水资源脆弱性,中亚地区需发展集约型农业,调整作物种植结构,推广耐旱品种农作物,进行节水灌溉。研究结果可为中亚农业水资源规划管理、农业生产布局调整以及农业可持续发展提供参考依据。     

辽西北玉米干旱脆弱性评价模型构建与区划研究

本文基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告中对气候变化背景下脆弱性的定义,从暴露程度、敏感性、自身恢复能力和环境适应能力4个方面建立了干旱灾害脆弱性评价模型。以辽西北地区的玉米干旱灾害作为研究对象,根据干旱灾害脆弱评价模型选取了气象因子、玉米生理因子以及经济社会因子等17项指标,运用熵权法、加权综合评价法计算得到了辽西北地区玉米干旱脆弱性指数。为了验证和检验模型的适用性,选取了辽西北1999年、2000年、2001年和2006年4个典型干旱年份,将玉米干旱脆弱性指数划分为5个等级,借助GIS技术绘制了玉米干旱脆弱性区划图。结果表明:辽西北玉米干旱脆弱性强的区域主要集中在西部地区的阜新、朝阳、葫芦岛一带。重度以上脆弱性区域范围比例表现为2006年>1999年>2001年>2000年的规律;其中,2006年脆弱性最强,影响面积最广,造成的损失也最严重,与实际灾情变化规律一致。分析2006年的玉米干旱脆弱性,多数区域是由玉米生长季的降水异常引起的。通过对4个典型干旱年份的玉米干旱脆弱性指数与玉米减产率进行回归分析,发现二者之间基本吻合,通过了α=0.05的显著性F检验,说明利用该模型对玉米干旱脆弱性的评价与区划是合理的,可以用来评价和预测玉米干旱脆弱性、干旱灾害风险以及因干旱造成的玉米产量损失。研究结果可为当地农业干旱灾害风险评估和预警提供依据。     

再生水灌区地下水防污性能区划模型的建立与验证

为促进地下水水资源保护和利用,根据研究区域的特点以及地下水防污性能的影响因素,基于DRASTIC模型,选用以下6个因子：地下水水位埋深、降雨入渗补给量、表层土壤类型、包气带岩性、含水水力传导度以及土地利用类型建立了再生水灌区地下水特殊防污性能区划模型。采用地理信息系统GIS技术和内梅罗指数法,绘制研究区域地下水综合污染指数分布空间图,并且探讨了防污性能区划的验证方法以及等级划分标准。结果表明：地下水综合污染指数与研究区域的防污性能具有很好的相关性（R2=0.9591）,采用DRASTIC模型评价地下水特殊防污性能是可行的,可为再生水灌区地下水的保护以及利用规划提供重要借鉴。     

基于AHP的DRASTIC模型在银川市潜水防污性能评价中的应用

[目的]探讨银川市区域地下水防污性能,为都市圈的建设、规划以及地下水资源的保护等方面提供科学依据。[方法]以银川市绕城高速内的城区为研究区,综合水文地质条件,选取地下水埋深、净补给量、含水层富水性、土壤类型、包气带岩性和水力传导系数等6个评价因子,利用层次分析法(AHP)确定因子权重,建立适合银川市当地的地下水防污性能DRASTIC评价模型,对银川市地下水防污性能进行了分区评价。[结果]①银川市地下水防污性能整体表现为中等-弱,防污性能弱区位于西夏区一带,防污性能强区位于金凤区的北部地区;②防污性评分与NO-3的污染特征存在一致性。[结论]地下水防污性能评价是预防和保护地下水资源的重要手段。金凤区北部阅海湖区域可作为今后城市扩建的首选区域。     

毛乌素沙漠萨拉乌苏组地下水特征与植被分布关系

利用钻探和抽水试验资料,结合遥感资料和植被实地样方调查资料,分析了该区地下水富集特征和开发利用对生态环境的影响。结果表明:含水层的厚度是地下水富集的主控因素,二者呈正相关关系;基底古凹陷分布区含水层厚度较大,是地下水的富集区;埋深3m是滩地地下水开采的约束水位,过量的开采可能造成湖盆滩地植被向沙地植被的演替或退化,甚至消亡,加快沙漠化进程;地下水开采对沙地、沙丘生长的耐干旱植被物种的影响较小。研究结果可为该区内水源地选址、地下水合理开发利用、水土保持和生态环境保护提供基础理论和数据。     

标准化地下水指数法分析黑河中游地下水时空演变规律

地下水干旱威胁区域社会经济发展和生态环境健康。基于河西走廊黑河流域中游地区1985—2010年23眼井的月地下水位数据,选择4种不同的分布函数构建标准化地下水指数(standardized groundwater index,SGI),采用K-S检验(kolmogorov-smirnov test)和AIC准则(Akaike information criterion)进行分布函数的优选,对K-S检验未通过的井使用非参数法构建SGI,分析地下水时空演变规律。结果表明:1)不同拟合函数对参数化SGI拟合结果有强烈影响。2)研究区的最佳拟合函数为Beta分布(18眼井),其次为广义极值分布(3眼井),另有2眼井未通过K-S检验,使用非参数法构建SGI。3)张掖区SGI指数变化趋势总体上呈先下降后回升趋势(13眼井),临泽和高台区呈持续下降趋势(10眼井)。地下水指数的构建可为地下水资源的监测、管理及预报提供依据。     

改进的DRASTIC方法研究杭州西湖分水岭的浅层地下水的易污性

The quality of shallow groundwater in the West Lake watershed was investigated from March to July 2000. Integrating with Blackland GRASS GIS system, the DRASTIC model was used to compile the groundwater vulnerability map. A land use factor was added to the DRASTIC model and the modified model (LDRASTIC) increased the accuracy of prediction from 26.9% to 51.3%. The vulnerability map showed that the lowly, moderately and highly susceptible area predicted occupied about 11.6%, 70.9% and 17.5% of the whole watershed, respectively. Compared with the observed values of nitrate and electric conductivity, the LDRASTIC index improved the Pearson correlation coefficients from -0.010 to 0.237 and 0.380 to 0.503; both the improved coefficients were significant at the 0.01 level. The modified DRASTIC analysis showed a great potential as a screening tool for policy decision-making in groundwater management.     

A Modified DRASTIC Approach to Shallow Groundwater Vulnerability in the West Lake Watershed in Hangzhou, China

The quality of shallow groundwater in the West Lake watershed was investigated from March to July 2000. Integrating with Blackland GRASS GIS system, the DRASTIC model was used to compile the groundwater vulnerability map. A land use factor was added to the DRASTIC model and the modified model (LDRASTIC) increased the accuracy of prediction from 26.9% to 51.3%. The vulnerability map showed that the lowly, moderately and highly susceptible area predicted occupied about 11.6%, 70.9% and 17.5% of the whole watershed, respectively. Compared with the observed values of nitrate and electric conductivity, the LDRASTIC index improved the Pearson correlation coefficients from -0.010 to 0.237 and 0.380 to 0.503;both the improved coefficients were significant at the 0.01 level. The modified DRASTIC analysis showed a great potential as a screening tool for policy decision-making in groundwater management.``     

盐渍化改造区土地利用变化对地下水资源的影响 --以河北省曲周县为例

运用GIS空间分析功能、柯布—道格拉斯生产函数以及曲周县统计资料和地下水资料,分析了近20年来土地利用变化及其对地下水资源的影响,研究结果表明,作为盐渍化改造区以农业为主的曲周县,土地利用变化速度不快且土地用途转移主要是耕地转变为农村居民点和城镇用地;耕地灌溉率、复种指数、耕地灌溉面积、粮食产量不断提高;粮食和蔬菜产量对地下水资源的高度依赖性,是引起地下水埋深变化的主要原因;依据河北省地下水超采区划分标准,曲周县浅层地下水开采区是基本平衡区,深层开采区属于中度超采区。为实现盐渍化改造区水土资源的可持续利用,必须调整种植业结构,适当降低土地利用集约度,大力发展节水农业。     

Areal identification of groundwater nitrate contamination sources in periurban areas

Background, Aims and Scope  The purpose of this study is to verify a method for groundwater contamination risk assessment in urban and periurban areas using Geographic Information Systems (GIS). The method is based on agricultural hazard evaluation. In urban and periurban areas, the problem of dealing with NO₃ concentrations mainly entails identifying nitrate sources from the excessive use of fertilizers, or leaks from the sewage network and old septic systems. Residential areas coexisting with farming, and high and increasing nitrate concentrations, were identified in a densely inhabited area (>2 million inhabitants in about 1,000 km²) with an alluvial aquifer, located in southern Italy. Methods  First of all, comparison between the Contamination Vulnerability Map and the distribution of NO₃ concentrations highlights anomalous areas with low or moderate vulnerability in spite of the diffuse nitrate contamination of the aquifer. Assuming the agricultural origin of the nitrates, the hazard is calculated using the ANHI (Agricultural Nitrate Hazard Index), a parametric index which assesses the potential hazard of nitrate contamination originating from agriculture on a regional scale (Padovani and Trevisan 2002). The ANHI integrates two categories of parameters: the hazard factors (HF), which represent all farming activities that cause, or might cause, an impact on soil quality in terms of nitrate (use of fertilizers, application of livestock and poultry manure, food industry wastewater and urban sludge), and the control factors (CF) which adapt the hazard factors to the characteristics of the site (geographical location, climatic conditions and agronomic practices). Organization, processing and mapping are performed using a Geographical Information System (GIS: ILWIS 3.3 and ARCGIS 9.1). Results  The ANHI Map is obtained by multiplying the hazard factors (HF) and the control factors (CF), and dividing the resulting values into 6 classes. Finally, the Potential risk Map (R) is obtained by coupling the potential hazard of nitrate pollution (ANHI) and the aquifer Contamination Vulnerability Map. Discussion  By using spatial statistics, the Potential Agricultural Nitrate Contamination Risk Map and the Nitrate content of the aquifer correlation can be correlated. Where areas with low correlation in the Land Use Map are in the ‘urban areas and artificial land’ class, the source of the groundwater nitrate is not necessarily related to intensive farming and livestock. Conclusions  The Potential Agricultural Nitrate Contamination Risk Map in urban and periurban environments indicates the relationship between the high nitrate values and land use, giving useful information about the source of nitrate in groundwater. Recommendations and Perspectives  Based on this study, we formulate a hypothesis on the source of groundwater nitrate which should be verified on several case studies using nitrogen isotope techniques.     

基于WOE法的下辽河平原地下水硝酸盐氮特殊脆弱性研究

通过分析影响下辽河平原地区地下水特殊脆弱性的因子,建立基于GIS平台的预测因子图层数据库,利用Arc-Wofe系统进行证据权重法模拟预测,对下辽河平原区地下水硝酸盐氮特殊脆弱性进行研究,得到硝酸盐氮浓度后验概率分布图。从预测结果看,后验概率高或较高的地区正是硝酸盐氮浓度已经比较高的地区或预测的硝酸盐氮浓度高值区;并通过多种途径检验了研究结果的客观合理性。     

长三角地区有机农药污染地下水的微生物群落分析

选择长江三角洲地区一处长期受到有机农药污染的浅层含水层,采集水样,采用不依赖于培养的16SrDNA序列分析方法,对该污染地下水中的微生物群落特征进行了分析和鉴定。结果表明,这种分析方法完全可行,该有机污染含水层具有较好的微生物多样性,且可能有一种未经鉴定的新菌种。