洮儿河流域地下水TDS时空变异特征研究

分别在2 0 0 3年枯水期与丰水期对洮儿河流域平原区潜水系统进行取样分析,运用空间变异函数和克立格插值法对潜水总溶解固体(TDS)时空变异特征分析,研究结果表明:(1)潜水TDS季节变化不明显,而且呈现明显的分带性;(2 )TDS空间变程较大,主要受区域水文地质条件、地形地貌、土壤类型等大尺度因子影响;(2 )局部地区潜水TDS出现异常,已受外界盐分污染。

焉耆盆地浅层地下水埋深与TDS时空变异及水化学的演化特征

采用地统计学经典理论分析了焉耆盆地不同时期地下水TDS和埋深在时间和空间的变异特征,对盆地平原区浅层地下水TDS不同时期(1999、2003和2005年)的实测数据进行了半方差函数分析,地下水埋深服从正态分布,地下水TDS服从对数正态分布。地下水TDS和埋深在时间和空间上都存在明显的间变异性,地下水TDS在开都河中下游地区及其二岸灌区有增加的趋势;地下水随时间推移向盐渍化加重方向发展;地下水各项离子浓度都在积聚。利用地学统计VARIWIN2.2和MAPGIS6.5软件绘制了地下水TDS和埋深时空分布格局图,为该地区地下水资源的管理以及防止土壤盐渍化提供理论依据。

伊犁河流域地下水埋深与TDS时空变异及水化学特征分析

采用地统计学经典理论分析了伊犁河谷典型区域在不同时期地下水TDS和埋深在时间和空间上的变异特征,对研究区浅层地下水TDS不同时期(2008—2009年)的实测数据进行了半方差函数分析,地下水埋深和TDS服从都对数正态分布。地下水TDS和埋深在时间和空间上存在明显的变异性,地下水TDS在研究区中部和北部有增加的趋势;地下水随时间从南到北盐渍化加重方向发展;地下水各项离子浓度都在积聚。利用统计软件DPS7.5,Surfer8.0和Arcgis9.2等软件绘制了地下水TDS和埋深空间分布格局图,为该地区地下水资源的管理以及防止盐渍化提供理论依据。

盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系

土壤盐分空间变异特征和地下水埋深状况是指导灌区合理用水和防治土壤盐碱化的重要依据。运用经典统计学和地质统计学方法,结合GIS技术,分析了河套灌区沙壕渠灌域0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm土壤EC值的空间变异特征及地下水埋深对土壤盐分分布的影响。结果表明:沙壕渠灌域土壤盐分Cv值在不同灌溉时期和不同土壤深度均大于36%,表现为强变异特征;各灌水时期和不同土壤深度土壤EC值均表现为中等强度的空间自相关性,表层0—20 cm土壤空间自相关程度最高;秋浇前不同层次土壤EC值的空间分布在灌域内从南到北呈增大趋势,秋浇后土壤含盐量的高值区在西北部或东北部;土壤盐分受地下水埋深影响显著,灌域内地下水埋深南深北浅,土壤盐分随地下水埋深的增大而减小,二者之间满足指数关系。因此,应采取合理措施控制地下水埋深,防止区域土壤盐渍化加剧。

河北省地下水硝酸盐污染总体状况及时空变异规律

通过对河北省11个地区连续7年共14次进行地下水取样及硝酸盐含量监测，对地下水硝酸盐污染现状及时空变异规律进行分析。结果表明，2006-2012年间河北省地下水硝酸盐（以N计）平均含量变化范围在6．73-9．84mg·L-1之间，总平均值为8．42mg·L-1，低于美国的饮用水标准（10mg·L-1）。河北省地下水硝酸盐平均含量呈逐年明显增加的趋势，河北省地下水硝酸盐10、20mg·L-1超标率分别为22．34％和9．73％，地下水硝酸盐大于20mg·L-1的Ⅳ类和V类水分布频率明显增加，由2006年的6．96％增加到2012年的10．60％，增加了3．63％。不同地区间地下水硝酸盐平均含量和各类水的分布频率均存在明显的差异。地下水硝酸盐含量的最低值出现在廊坊、衡水和沧州地区，平均含量分别为0．64、0．62mg·L-1和0．97mg·L-1。秦皇岛地区地下水硝酸盐的平均含量最高，为26．45mg·L-1，是廊坊、衡水和沧州地区的27．27～42．66倍。秦皇岛地区地下水硝酸盐超标率也最大，为58．82％。衡水、沧州、廊坊地区主要以I类水为主。保定、邢台、邯郸、石家庄和唐山等5个地区以I和Ⅲ类水为主。秦皇岛、张家121和承德等地区以Ⅲ类水为主。其中，张家口和承德地区V类水分布频率分别为15．53％和9．95％，仅次于本地区的Ⅲ类水和Ⅱ类水。

河北平原地下水水位的时空变异

在地理信息系统（GIS）支持下,运用地统计学方法研究了河北省近15年来地下水水位的时空变异规律,利用克里金（Kriging）法绘制了两个时段地下水水位空间分布图并进行了具体比较分析.结果表明：运用地统计学的半变异函数方法很好地模拟了不同时期河北省地下水水位的空间结构和变异特征,得出地下水水位的变化在中尺度上具有一定的空间自相关,1986-1990年时段地下水水位具有明显的方向变异性,而1996-2000年的方向变异性不明显.Kriging插值表明,河北省地下水水位具有空间分布整体趋势,从东向西、从滨海平原到山麓平原地下水水位逐渐增高,西部和中部平原地下水埋深较大,地下水水位变化较大,而滨海平原地下水埋深浅,地下水水位变化小.受人口、灌溉面积、降水和径流等诸多因素的影响,河北省地下水水位整体下降,严重阻碍了河北省经济的可持续发展.

新疆渭干河流域地下水含盐量的时空变异特征

对面积约3 408 km2的渭干河流域地下水含盐量进行取样检测,应用地质统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析。结果表明,该地区1998、1999年地下水含盐量变异函数曲线的理论模型符合球状模型;1997年、2000年地下水含盐量变异函数曲线的理论模型符合有基台线性模型。通过对1997年、1998年、1999年及2000年水样的分析,得出该地区地下水含盐量在时间与空间上皆存在明显变异性的结论。在空间尺度上,地下水含盐量从研究区的西北向东南方向有增加的趋势。从整体上看,研究区地下水含盐量东部高于西部;南部高于北部;东南部高于西北部。在时间尺度上,研究区东南部地下水随着时间的推移正向盐渍化加重方向发展。本文利用软件Geopack与Surfer7.0软件绘制了地下水含盐量的时空分布图,为该地区地下水盐分的管理与今后的防止盐渍化提供了决策依据。

不同种植类型地下水污染与氮素时空变异特征分析

长三角地区地下水位埋深较浅,容易受到污染,受污染的浅层地下水又可能成为农田向环境输送污染物质的主要载体之一。通过对该地区不同种植类型农田(水田、露天菜地)地下水为期12个月的水质监测,分析了地下水水质特征和氮素水质指标(NO3-N、NH4-N)的时空变异特征,结果表明:研究区域农田浅层地下水已受到了污染。参照我国地下水质量标准(GB714848-93),发现SO42-和NH4-N是主要的污染指标。本区域地下水污染与农田施肥密切相关。同时发现研究区域地下水埋深与地下水中各无机离子没有明显相关性。0-300cm农田环境中地下水NO3-N下渗和反硝化作用都很明显。在相同的降雨、施肥状况(氮肥品种与用量、施肥方式)及土壤性质条件下,氮素在水田和露天菜地中均会很快流失,但水田比露天菜地更容易造成污染物的向下迁移,污染地下水。

集约化农业生产区浅层地下水埋深的时空变异规律

揭示区域地下水埋深的时空变异规律,可为地下水资源评价和管理提供科学依据。通过收集和实测河北南部平原—曲周县1990和1999年两个时期地下水埋深的资料,应用地统计学方法对其进行了分析。结果表明,两个时期地下水的平均埋深分别为4.64m和9.81m,它们的空间相关距离分别为13.6km和10.4km,呈递减趋势。由于该区地形地貌和种植业布局的转变,导致了地下水埋深空间分布呈南深北浅的趋势。从1990年到1999年,地下水埋深具体变化为>9.81m的区域从无增加到324.0km2,<4.6m的区域从281.8km2减少至15.3km2。地下水大量开采和种植业布局的转变是该区地下水位下降的主要原因。

新疆三工河流域地下水矿化度的时空变异及其分形特征

对面积约670km2的新疆三工河流域地下水矿化度进行了取样检测,应用地质统计学方法对取得的数据进行了半方差函数分析,计算了平均值、方差、标准差、变异系数等传统统计特征值,并指出了用该方法表示地下水矿化度所存在的不足。在此基础上,将分形理论与地质统计学原理相结合,计算了三工河流域在1998、2002年地下水矿化度的分维值,分别为1.75,1.59;其变异系数分别为0.51,0.54,即2002年地下水矿化度的均匀性要比1998年的稍差。研究结果表明,地下水矿化度并不是具有理想分形特征的介质,它只是在一定的空间尺度内才具有分形特征。通过对1998年及2002年地下水样品的分析,得出该地区地下水矿化度在时间与空间上皆存在明显的变异性。在空间尺度上,地下水矿化度在研究区的北部大于中部,中部大于南部;在时间尺度上,随着时间的推移研究区北部的地下水水质正向矿化度加重的方向发展。

开孔河流域浅层地下水矿化度时空变异及特征分析

以地统计学经典理论分析了开孔河流域不同时期和不同地貌单元地下水矿化度在时间和空间的变异特征,揭示其浅层地下水含盐量的时空变异规律。对流域平原区约9 725 km2面积浅层地下水矿化度不同时期(1999、2003和2005年)的实测数据为基础,应用地质统计学方法,对取得的实测数据进行了半方差函数分析,得出该地区地下水矿化度在时间和空间上都存在明显的变异性。在空间尺度上,地下水矿化度在开都河中下游地区及其两岸灌区有增加的趋势,在孔雀河灌区沿流域方向自上而下逐渐加重,整体上看,孔雀河流域的地下水盐化要比开都河流域严重。在时间尺度上,研究区地下水随时间推移正向盐渍化加重方向发展。利用地学统计VARI-WIN2.2和MAPGIS6.5软件绘制了地下水矿化度时空分布图,为该地区地下水盐分的管理以及今后防止土壤盐渍化提供理论依据,也为干旱区地下水水质时空演变研究探索新方法。

亚热带小流域浅层地下水不同形态氮含量的时空变异特征

为了定量研究流域尺度上氮素(N)形态的时空变异特征,以湖南省长沙县亚热带湘江源头小流域(134.4 km^2)为研究对象,2011年(1—12月)定位观测了小流域菜地、茶园、旱地、林地、两季稻田和一季稻田6种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)、硝态氮(NO_3^--N)、铵态氮(NH_4^+-N)浓度的动态变化,运用空间分析技术分析了各观测指标的时空变异特征。结果表明:研究区浅层地下水NH_4^+-N、NO_3^--N和TN均具有强烈的空间自相关性(块金系数分别为0.76%、8.50%、4.41%),结构变异占主导地位,变程分别为540、580、570 m。小流域浅层地下水TN、NH_4^+-N和NO_3^--N月均浓度变化趋势不尽相同,TN和NO_3^--N月均浓度的动态变化相对比较平缓,而NH_4^+-N的变幅较大,TN和NH_4^+-N的峰值出现在2011年7月,NO_3^--N无明显高峰;TN、NO_3^--N和NH_4^+-N的平均浓度分别为2.97、1.12 mg N·L^(-1)和1.32 mg N·L^(-1)。研究区浅层地下水N的浓度分布特征与土地利用类型关系密切,茶园、稻田为浅层地下水N分布高浓度区,且茶园地下水N浓度最高,林地为N分布低浓度区。

地下水环境氯离子时空变异性模拟研究

地下水所在的多孔介质空隙几何条件复杂多变,水文地质参数往往呈空间随机分布,致使地下水水流系统中参数具有时间和空间上的变异性和不确定性。本文着重阐述浅层地下水环境评价中的时空变异性,通过实验模拟浅层地下水非均质运移环境,利用时空地质统计学计算了区域化变量氯离子的时空变异函数,构建了乘积—和时空理论模型,并对时空估计插值方法的应用作了进一步探讨。结果表明,从时间和空间上的变程可以得出浅层地下水水质指标的演变在3.9 h左右,空间上为0.5 m左右;时间边界上的变异性相对空间边界上的要好一些;时空变异性能更精确地反映和估计环境变量在时间和空间的分布,对浅层地下水污染物的迁移运转及预测研究具有重要的现实意义。

鲁北平原引黄典型区地下水埋深时空变异规律及开采适宜性分析

揭示区域地下水埋深的时空变异规律及开采适宜性,对于实现地下水资源的可持续利用具有重要的意义。以山东省德州市为研究区,借助GIS技术和统计学方法,在分析该区近10a(2005-2014年)地下水埋深基本特征、年际变化规律和空间分布格局的基础上,以地下水临界深度、漏斗区、超采区为评价指标,研究地下水开采的适宜性。结果表明:1研究区地下水埋深普遍较浅,10a的平均埋深为4.6m,但各县区存在较大的差异,并且在10a间,地下水埋深变化波动较大,7个县区的CV大于10%,达到中等变异程度;2研究区10a间地下水埋深下降趋势明显,除庆云县、禹城市、齐河县和武城县外,其他区域达显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平;3研究区2005、2009和2013年的地下水埋深空间分布格局相似,但也存在明显的区别,非漏斗区(埋深≤6m)面积逐渐增大,浅层地下水降落漏斗(埋深>6m)的范围不断缩小;4研究区的可大量开采区主要位于庆元县、禹城市、齐河县等县区,总面积为2 290km^2,适宜开采区主要位于中部、东北部和西部,总面积为3 790km^2,限采区在各县区均有分布,总面积为4 289km^2。

河套灌区地下水埋深时空变异特征及其影响因素

选择内蒙河套灌区义长灌域作为研究区,利用研究区67眼监测井的地下水埋深资料,采用传统统计学、地统计学和灰色关联分析法,对灌域1990-2015年地下水埋深的时空变异性及其主控因素进行了分析,结果表明:(1)义长灌域26a来潜水位下降近0.4m,平均下降速率1.6cm/a;(2)义长灌域26a地下水埋深的最优变异函数有高斯、指数和球状模型,以高斯模型为主,区域地下水埋深具有较强的空间相关性,变程多在5~7km;(3)空间插值结果表明,不同时期地下水埋深的空间分布存在一定的差异性,但总体上以1.5~2.5m范围为主,平均占比60%;(4)根据灰色关联分析法和偏相关分析,发现蒸发量和地下水补给量是义长灌域地下水埋深的主要驱动因素。

石羊河下游民勤绿洲地下水矿化度的时空变异

结合地理信息系统,运用地统计学方法研究石羊河下游民勤绿洲近15年来的地下水矿化度的时空变异规律及其与土地利用变化的关系。结果表明:(1)在1987年和2001年的两个时期地下水矿化度的实验变异函数值与理论变异函数拟合较好,F检验达到极显著水平;(2)地下水矿化度在4km以下小尺度上的随机变异SHR特别小,而在4～40km的中尺度上的结构性变异SHA达99.9%,可以认为研究区域内地下水矿化度在整个尺度上具有恒定的变异;(3)Kriging插值及其与同期的绿洲景观类型图进行叠加运算表明,在变化趋势上,除坝区东南部略有下降外,整个绿洲地下水矿化度都增大,北部湖区最显著;在变化面积上,地下水矿化度在3.0g/L以下的面积从1987年的75.26%降到了2001年的58.54%;而其>4.5g/L的绿洲主要集中在湖区。地下水矿化度较低区域的耕地面积减少,而地下水矿化度3.0g/L以上的耕地面积从7.03%增加到了14.32%,特别是湖区,地下水的矿化已严重威胁到了耕地的存在。

新疆伊犁河流域地下水含盐量的时空变异特征

【目的】研究伊犁河流域地下水含盐量的时空变异特征。【方法】以新疆伊犁河流域察布查尔县为例,基于现阶段地下水研究成果,利用2009年的地下水采样数据,应用surfer7.0及arcgis9.2等软件进行分析。【结果】研究区2009年3、6月地下水含盐量对数转换后符合正态分布,变异函数曲线理论模型均符合球状模型。【结论】在时间上,6月与3月相比地下水含盐量数据变异性较小,地下水含盐量整体上呈现上升,但含盐量较大区域出现下降。在空间上,研究区周围区域的地下水含盐量数据变异较小,并出现了地下水含盐量较高区域逐渐向外围减小的现象。

盐渍化灌区土壤水盐时空变异特征分析及地下水埋深对盐分的影响

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用统计学方法地质统计学原理分析表层土壤(0-20,20-40 cm)及深层土壤(40-100 cm)含水率与盐分(EC值)时空分布和变异规律,以及探求地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:(1)除6月0-20 cm(9.779%)外,表层土壤含水率变异系数均在12.384%~19.667%,属于中等变异性,深层土壤含水率变异系数较小,在3.513%~9.757%,属于弱变异性;表层土壤盐分(EC值)变异系数在100.845%~129.279%,属于强变异性,深层土壤盐分变异系数均在83.685%~98.853%,属于中等变异性;随着土壤深度的增加,含水率和盐分的变异性都相对减弱。(2)不同时期土壤含水率和盐分在一定范围内具有空间结构特征,均可用高斯模型模拟,各层土壤含水率空间相关度在0.038%~20.408%,各层土壤盐分空间相关度在0.043%~8.374%,均小于25%,说明具有强烈的空间相关性,可以认为主要是受结构性因素的影响,其自相关引起的空间变异性较强。(3)试验区土壤盐分主要集中在北侧盐荒地,由于蒸发强烈,包气带毛细水上升,把深层土壤以及地下水中的可溶性盐类带到土壤表层,致使盐分升高,属于典型的盐分表聚型土壤,需及时防治与治理,同时土壤盐分受地下水埋深的影响较大,随着地下水埋深减小而增大,荒地地下水埋深与土壤盐分满足线性关系,耕地地下水埋深与土壤盐分满足指数关系。荒地0-20 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较大,20-40,40-100 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较小,耕地地下水埋深在1~1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较大,当地下水埋深大于1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较小。研究结果为河套灌区下游盐渍化土壤的防治与改良提供了重要的理论基础和参考依据。

基于地统计学的泾惠渠灌区地下水位时空变异性研究

根据泾惠渠灌区43眼长期观测井2002、2004、2007年和2009年地下水埋深资料,利用趋势分析法和ArcGIS地统计分析模块,研究了灌区地下水埋深时空分布规律及变异特性。结果表明,地下水埋深样本服从对数正态分布,球状模型拟合变异函数的效果较好。灌区地下水埋深样本存在几何各向异性,并略有增强趋势。地下水埋深样本具有中等的空间相关性,是结构性因素和随机性因素共同作用的结果。灌区地下水埋深从西北向东南逐渐变浅。灌区地下水埋深年内呈双峰曲线变化,最小埋深值出现在春灌期,最大埋深值出现在夏灌期;灌区地下水埋深年际呈减小趋势,具有浅埋区面积明显增大、深埋区面积不明显增大的特征。

吐鲁番盆地地下水埋深的时空变异特征

根据吐鲁番盆地绿洲内布设的34眼长期观测井2007—2013年的地下水埋深监测数据,在ArcGIS10.1的支持下,运用地统计学方法研究了地下水埋深的时空变异特征,利用普通克里格插值法分别绘制了2007年和2013年地下水埋深的空间分布图,并进行了比较分析。结果表明:半变异函数的指数理论模型所预测的指标完全反映了吐鲁番盆地地下水的空间结构和变异特征;2007年具有中等强度的空间相关性,而2013年具有较强的空间相关性;吐鲁番盆地地下水埋深在空间上东西方向具有明显的变化趋势;从整体上看,吐鲁番盆地地下水位具有继续下降趋势,主要受自然环境因素和人为因素的影响。