【摘 要】
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近年来,在人类活动急剧增加的影响下,位于干旱半干旱地区大型灌区的地下水环境遭到了严重的破坏,尤其潜水,出现了诸如地下水位大幅波动、水质恶化等环境地质问题。交口抽渭灌区浅层地下水环境更是不容乐观。因此,亟需研究交口抽渭灌区地下水环境时空演化规律和控制机制,提出地下水环境管理与保护措施,这不仅可为铺筑保护与利用地下水的平衡之道添砖加瓦,也可为灌区地下水资源的可持续发展建言献策。本文依托国家自然科学基金
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“黄土重大工程的水文循环响应与孕灾效应研究”（41931285）； 国家自然科学基金面上项目“重塑黄土渗透性变化规律及其机制研究”（41572236）； 长安大学优秀博士学位论文培育资助项目“黄土高原治沟造地区地下水循环演化模式的研究”（300102291726）； 宁夏回
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近年来,在人类活动急剧增加的影响下,位于干旱半干旱地区大型灌区的地下水环境遭到了严重的破坏,尤其潜水,出现了诸如地下水位大幅波动、水质恶化等环境地质问题。交口抽渭灌区浅层地下水环境更是不容乐观。因此,亟需研究交口抽渭灌区地下水环境时空演化规律和控制机制,提出地下水环境管理与保护措施,这不仅可为铺筑保护与利用地下水的平衡之道添砖加瓦,也可为灌区地下水资源的可持续发展建言献策。本文依托国家自然科学基金重点、面上项目以及中央高校基金优博资助项目,在广泛查阅国内外文献并结合野外调查与室内分析的基础上,综合运用多种方法对交口抽渭灌区浅层地下水动力场的时空变化特征、化学场的时空演化规律、水质污染情况、水环境形成机理和演化趋势进行了系统深入的研究,并提出了大型灌区地下水环境管理与保护的针对性措施。本研究取得的主要成果如下:（1）地下水动力场时空演化特征研究。基于2015～2020年地下水位埋深的变化数据,统计分析了交口抽渭灌区地下水位的时空变化特征,发现研究区整体水位变幅不大,但水位埋深呈现出中部浅、四周深的特点。探究了2012～2013年和2016～2018年的年平均地下水资源量的时空分布特征,发现2016～2018年的年平均地下水资源量较2012～2013年有所增加,增加量为2021.807×10~4m~3,地下水资源最丰富的地区是临渭区。归纳了研究区在自然条件和人类活动干扰下的水循环模式,发现人类活动对研究区地下水动力场和化学场的水循环模式均产生了很大影响。（2）地下水化学场时空演化特征研究。基于2012年和2016年地下水水质资料,系统分析了地下水化学组分和水化学类型的时空分布特征,发现灌区地下水TDS含量高,最高值达2 g/L以上,这主要与Na+、Cl-、SO4~2-含量高有关,而且地下水含高氟、高氮,说明研究区地下水质恶化严重;研究区水化学类型沿地下水流方向趋于复杂化。此外,提出了新的水质指数法和基于集对-可变模糊集理论的模糊综合评价法,基于两种方法对研究区地下水饮用水质进行了评估,结果显示2012年的地下水以Ⅴ类水和Ⅳ类水为主,不存在Ⅰ类水;2016年以Ⅳ类水为主,不存在Ⅰ类水和Ⅱ类水,且地下水质的空间分布特征有从西北向东南迁移的趋势。本研究基于单指标评价法、综合危害系数法和灌溉系数法,对其灌溉水质也进行了评价,发现研究区2012年和2016年不适用于灌溉的地下水超过一半,而且2016年不适宜灌溉的地下水比例大于2012年,说明研究区地下水质逐渐变差,这主要是由于Na+、SO42-和Cl-含量高所致。（3）地下水环境时空演化影响因素研究。运用小波分析、地统计学、同位素水文学、水文地球化学等手段系统分析了研究区地下水环境的形成机理。结果表明蒸发对地下水环境影响较大,主要表现在研究区中部地区地下水受蒸发浓缩作用影响明显,其TDS极高。影响地下水化学环境的主要自然因素还包括溶滤作用、矿物的溶解与沉淀、阳离子交替吸附等。对于人类活动,灌溉入渗和渠系渗漏不仅影响地下水动力场,也通过混合作用影响地下水化学场;人类长期的施肥,造成了研究区的硝酸盐污染;地下水开采和排水沟排泄对研究区的地下水环境优化有一定的促进作用。（4）地下水安全预警及管理研究。以地下水监测数据为依据,基于水环境预警和BP神经网络预测模型等手段,对研究区地下水环境进行预警分析,结果显示2020年水位警情以黄色预警为主,其次是蓝色和橙色预警;而2025年水位警情明显缓解,仅存在蓝色预警和黄色预警。对于水质警情,2020年和2025年均以橙色和黄色预警为主,且水位埋深越浅的地区水质预警等级越高;与2020年相比,2025年红色预警消失,橙色预警等级分布范围明显扩大,说明水质警情形势仍不容乐观。针对研究区地下水环境存在的问题,本文提出了八点针对性应对措施,不仅为构建灌区新时代下地下水资源可持续发展提供有力支撑,也为打造“智慧灌区”提供科学依据。
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