(三)夹河下游地区海水入侵的时空演化特征与综合治理效果 什么是地球科学?

作者&投稿:楚窦 (若有异议请与网页底部的电邮联系)

夹河下游河谷是烟台市海水入侵的最严重区域,海侵范围由河口上溯至山前倾斜平原地带。第四系中、上部孔隙水是区内多年以来的主要淡水开采目标层,为一套中、上始新统和全新统地层,主要岩性由细砂、粉砂、淤泥、粉土、粉质黏土及砂砾石等组成,具有良好的储水条件,地下水较丰富。

1985年以来,烟台市在南至山前倾斜平原中部,北至夹河河口的河谷地带的广大区域内设置了40多个监测井点,对区内主要孔隙水含水层(中、上始新统和全新统)水质进行了多年连续监测。根据监测资料,监测区内水质变化在时空上反映出比较复杂的特点。我们选择了监测资料连续、分布于不同地带的11个监测井点(图9-5)的监测数据,分别对其1994年,1999年及2004年不同时段的氯离子(Cl-)、总矿化度(TDS),酸根离子(

)、重碳酸根与氯离子含量比以及钠吸附比(SAR)5项水化学特征指标(表9-5~表9-7)进行了模糊综合评判,以了解区内地下水受海水浸染程度的时、空演化特点。

表9-5 1994年各监测井点水化学特征指标统计表

图9-5 烟台市夹河地区各监测井点分布图

1—元古宇地层;2—中上更新统残坡积地层;3—上更新统和全新统冲洪积地层;4—全新统地层;5—监测井点名称及编号

表9-6 1999年各监测井点水化学特征指标统计表

表9-7 2004年各监测井点水化学特征指标统计表

1.评价因子的选择

在模糊综合评判中,评判因子的选择至关重要。海水入侵研究中,水化学特征是判断海水入侵的直接依据。迄今为止多采用单一的指标分析。大多是以Cl-含量超过250mg/L作为海水入侵标准。但是在海水入侵过程中,影响判断海水入侵程度的因子众多,在不同的评价区域、不同的评价时段内,各因子主次关系也不同,评价时很难将所有因子全面考虑。鉴于此,我们有目标地选择某些能反映烟台市夹河中、下游区段的地下水质量和海水入侵程度的有关因素作为评价因子。本着评价指标的系统性、客观性和可操作性的原则。选取了5个指标(Cl-,TDS,

/rCl-和SAR)作为评价海水入侵程度的综合指标。

Cl-作为首选指标,首先由于Cl-是海水中最主要的常量元素,是海水浸染地下淡水的最敏感指标,且Cl-的测定简便。TDS(溶解性总固体)反映水中总盐量水平,海水与地下淡水中溶解性总固体具有显著的差异性,所以它是判别地下淡水受海水浸染程度的重要指标。

是反映海水入侵的一个较敏感指标。

是海水中较稳定的常量成分,其

含量约为65mg/L。而地下淡水中

则属于微量成分,其含量在0.001~0.2mg/L之间。地下淡水受到海水浸染后,

含量值将会明显升高。烟台市地下水中主要阴离子为

,而海水中主要阴离子为Cl-。已有研究成果表明,海、淡水中该比值

/rCl-(r为毫摩尔)悬殊可高达若干个数量级,不同程度的浸染能在地下水中

/rCl-量值上明显反映出来。SAR钠吸附比为

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式中:“r”——表示毫摩尔,为衡量水中Na2+与Ca2+、Mg2+含量比例关系的一个指标。

地下淡水中的主要阳离子为Na2+、Mg2+,而Na是海水中首位的阳离子,其含量较地下淡水高出2~4个数量级。地下水受海水浸染后水中Na+含量一般会明显升高。地下水受海水浸染程度与SAR值成正比关系。因此,依据SAR值变化来判断海水浸染程度是比较合理的。

2.评价因子指标的量化

考虑到烟台市海水入侵的水质特点,为清楚地反应海水入侵的程度,将烟台市地下水受海水浸染的程度简单实用地分为3级(表9-8)。

表9-8 海水侵染程度等级划分

水的咸淡味觉差异主要与Cl-质量浓度有关,当水中Cl-含量较高时,人们会明显口感咸味,普通人的水口咸味阈值对应的Cl-含量一般为200~300mg/L并常以此(Cl-含量200~300mg/L)作为咸、淡水的分界标准。我国生活饮用水卫生标准(GB574—85)和农田灌溉水质标准(GB5084—92)均要求氯化物含量不高于250mg/L。因此,我们也采用250mg/L为第Ⅰ、Ⅱ级的界值。第Ⅱ、Ⅲ级海水浸染程度分别为中度和严重侵染,在有关的海水入侵研究中,有研究者将Cl-含量1500mg/L作为严重海水入侵的界限。我们以此值作为Ⅱ、Ⅲ级的界值。

其余4项指标与Cl-的宏观相关性作为分级的理论依据。以表11-13所示的海水浸染程度分级为框架,参照国内外有关的地下水水质标准,借鉴己有的等级划分先例,从本区实际情况出发,对海水入侵的水质等级各指标进行了等级范围及代表值的确定(表9-9)。

表9-9 海水入侵指标的等级划分及代表值

3.海水入侵程度模糊综合评判

(1)评价因子集和评价集

根据烟台市监测井点实际监测数据种类建立因子集U=(u1,u2,u3,u4,u5)其中u1为Cl-,u2为TDS,u3

,u4为rHCO3-/rCl-,u5为SAR。

根据烟台市海水入侵程度,将海水入侵程度分为轻微浸染、中度浸染和严重浸染三级类型。据此可建立评价集V,=(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)。

(2)模糊算子

烟台海水入侵程度评价的因子中比较突出的因子是Cl-和TDS,其他三个因子随海水入侵程度的变化相对复杂。这样在主次分明均有所“贡献”的情况下,依据所有因素在水质污染中“贡献率”的大小即权重的大小,按均衡兼顾的原则,决定选取加权平均型模型。

(3)隶属函数

从烟台海水入侵程度的实际情况考虑,选用较为简单成熟的“降半梯形分布函数”,确定隶属度。基于各井点水样的各项指标实测值,分别对其入侵程度进行逐级评判,计算其归属于各级的隶属度。

计算采用线性隶属函数,即分别用“降半梯型”和“升半梯型”隶属函数形式求两端等级的隶属度,用“对称山型”隶属函数形式求中间等级的隶属度。考虑到指标rHCO3-/rCl-的各级代表值逐级变化趋势与其他指标不同,故求其隶属度时函数的具体运用形式有所不同。

1)正降半梯形隶属函数。对于数值越大等级越高的评价因子i(Cl-、TDS、

、SAR),采取正降半梯形隶属函数(图9-6)。

图9-6 正降半梯形隶属函数分布图

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2)反降半梯形隶属函数。对于数值越大等级越低的评价因子i(rHCO3-/rCl-),其隶属函数采用反降半梯形隶属函数(图9-7)。

图9-7 反降半梯形隶属函数分布图

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式中:x——被评组分实测浓度;

si=(i=1,2,3)——Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级海水入侵程度标准代表值。

依据上述隶属函数,分别求其相应各级的隶属度rij(j=1,2,3),并确定各因子的模糊关系矩阵R:

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Rij——海水入侵程度的第i种因素属于第j类评价标准的隶属度。

(4)建立评价因子间的模糊关系(赋权)

模糊综合评判法中赋权方法很多,常见的赋权方法主要有四种:指数赋权法、分级指标法、标准赋权法和嫡法赋权,都体现了一种指标值大则权值便大的思想,这显然是不全而的。本模型采用超标指数赋权法,将权值归一化,这样既突出了海水入侵程度评价中主要指标的作用,又考虑了不同指标标准值的差异,计算简便。其数学表达式为

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式中:xi——各指标实测浓度,mg/L;

ai——各指标各等级代表值,mg/L;

si——各指标各等级代表值(ai)的算术平均值;

n——分级数。

对所求得各项指标权重进行归一化处理,即

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得出各评价因子权重组成的模糊向量A:

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(5)模糊矩阵的复合运算

在建立两个模糊矩阵R和A的基础上,将R和A进行模糊矩阵的复合运算,B=AR,可以得出模糊综合评判的结果。因为采用的加权平均模型,则计算公式为

Bj=∑(airij)j=(1,2,3,4,5)(9-11)

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(6)评判结果

通过调用相关数据进行具体运算,并根据最大隶属度原则,在b1,b2,b3中取其最大值,其所对应的V备择集中的级别即为本模型对海水入侵程度的模糊综合评判结果。若将隶属度大小排序,则可比较出各因子的“贡献率”。

4.海水入侵结果分析

(1)评判结果

对58个长期监测孔中选取资料全面、代表性较强的11个监测点作重点评判,以敏感反映海水侵染程度的五项指标(Cl-

、TDS、

/rCl-、SAR)作为评价因。子采用上述模糊综合评判方法对烟台市1994年、1999年及2004年海水入侵做出评价(表9-10)。

表9-10 烟台市区主要监测井点海水入侵程度模糊评价结果

注:“—”表示该点无监测数据。

为了与5项指标模糊判别做对比分析判断,增加单指标(Cl-)判别结果(表9-11)。从表9-10、表9-11可以看出,以单一指标(Cl-)含量得出的评判结果与模糊综合评判结果相比较,除三个井点判别结果不一致外,其余皆完全一致。说明模糊综合评价结果与单指标(Cl-)评判结果有很好的对应关系。对于三个井点判别结果的差异,分析认为模糊综合评判结果更能反映实际情况。

表9-11 依据CI-含量得出的侵染程度等级评判结果

注:“—”表示该点无监测数据。

对于235井点1994年份的地下水,依据单指标(Cl-)评判为II级,而用模糊综合评判结果为Ⅲ级。分析看出虽然Cl-含量没有达到Ⅲ级,但是SAR值远远高于Ⅲ级标准,相应的模糊评判权重也大,该指标有放大了淡水和海水的差异性的作用。权重为各因素对“重要”的隶属度,其值最大说明该地区水质和原来淡水水质相差甚远。表明该监测井点地下水已明显严重受到海水侵染。

对于267井点1999年份的地下水,依据单指标(Cl-)评判为Ⅱ级,而用模糊综合评判结果为Ⅲ级。同样可以看出 Cl-含量值没有达到Ⅲ级,但有三个指标值(TDS、

/rC1、SAR)铃超出了Ⅲ级标准值,同理表明该监测井点地下水已严重受到海水-侵染。

对于第3个评价有差异的276井点1999年份的地下水,依据单指标(Cl-)评判为Ⅱ级,而用模糊综合评判结果为Ⅰ级,此井点水质不易确定,因为五项指标皆在Ⅰ、Ⅱ级分级界值左右徘徊。其中Cl-,TDS和SAR指标值虽然为Ⅱ级,但是皆超过范围值不大,而且

/rCl-指标值为Ⅰ级,所以使用模糊综合评判就显示出其优越性,根据权重大小,综合评判为Ⅰ级。可以看出该井点水质依据单指标(Cl-)含量评判为Ⅱ级是很勉强的。

(2)时空演化特点及影响因素分析

从评价结果看(表9-10和表9-11),1990年至近期,11个监测井点地下水受海水侵染过程有三种类型:

203、204、236、263和276等四个监测点的地下水受海水侵染程度相对稳定在轻微水平(Ⅰ级)。其中236和276开采的是基岩裂隙水,分析认为基岩地下水较充分的补给是缓解这些井点所在区段海水侵染程度低的主要原因;204井点位于夹河鸡场,1992年化肥厂生产用水停采,地下水位回升,地下水受海水侵染程度至1994年开始明显缓解,且至今基木本稳定在轻微水平;203和263井点分布于夹河中游山前倾斜平原中部地带,虽开采强度较大,但地下水补给较充分,加上后期地下水开采的计划控制,从而使得该区地下水受海水侵染程度较低。

201、282和284监测井点的地下水受海水侵染程度较高,基本长期处于中等水平(Ⅱ级)。这些井点分布于山前倾斜平原的前缘,地下水补给条件较好,之所以受海水侵染程度较重,分析认为主要与长期地下水超采有关。自20世纪80年代中期开始,这几个井点的地下水持续高强度开采,导致地下水位持续下降,在1987~1988年期间开始形成降深漏斗,其中心水位处于负值状态,并且之后不断扩展,从而导致了咸淡水动态平衡界面的破坏,引起海水对地下淡水的反向补给。

235、267及232井点分布于近海岸河口地带,所处位置是区内海水侵染程度最严重区段,但海水入侵趋势却存在较大差别。根据评价结果,235、267井点反映为逐年加剧的趋势,且大部分时期都处于严重水平(Ⅲ级),而232井点却从20世纪90年代末期开始呈现明显缓解,该点地下水水质1994年为严重咸化,1999年至今明显好转。分析认为,这三个井点的海水入侵程度差异主要与拦潮和地下水库工程有关。为防止当地地下水受海水侵染程度的持续加剧,烟台市于20世纪90年代初在232井点下游约500m位置修筑了夹河橡胶坝,并于2002年于夹河河口修建了地下水坝,这两项工程不但拦截了海潮沿河上溯引起的下渗,也取得了抬升地下水位的效果。由此使得232井点已被咸化的地下水产生了淡化。

总结评价结果:1994年Ⅰ级点6个,Ⅱ级井点3个,Ⅲ级井点2个;1999年Ⅰ级井点5个,Ⅱ级井点4个,Ⅲ级井点1个;2004年Ⅰ级井点7个,Ⅱ级井点2个,Ⅲ井点2个。从本区海水入侵的扩展趋势看,海水入侵主体规模在1994年就已基本形成,由套子湾沿岸向内延伸,在套子湾沿岸呈带状分布,向内宽度逐渐减小,严重侵染区集中在该区滨海平原沿海一带,沿海岸呈带状分布。入侵范围10多年来无明显的变化,只是局部地区由于地下水的超采、气候干旱少雨或人工干预等原因,海水入侵程度也相应受到影响而随之发生变化。

采用传统的中一指标(Cl-浓度分级)对海水入侵程度进行评价有一定的局限性。与其相比,基于咸、淡水中的重要特征成分的显著差异,选择Cl-、TDS、

/rCl-及SAR等五个指标进行地下水受海水侵染程度的综合评判,可以取得比较客观的评价结果,为烟台市海水入侵程度及防治效果优劣提供评判依据和手段。

5.夹河下游海水入侵区综合治理效果分析

地下水库建库多年来,按照市政府确定的优先使用地表水、科学涵养地下水的水资源开发利用方针,库内的地下水资源得到了一定的涵养储存。库区内的地下水位也有了明显的回升,地下水漏斗区面积逐年减少。但目前地下截渗坝上游仍封存有建坝前入侵的部分海水,Cl-含量大都大于200~250mg/L,靠近坝线附近局部大于500mg/L,海水侵染区的水质一直没有得到有效的改善。对永福园地下水库水体进行置换及回灌补源,采用机井抽取地下含氯较高的苦咸水,同时在河道范围内布置渗井,利用夹河地表水及门楼水库施工弃水进行回灌补源后,该区域水质可以达到Ⅲ类水标准,且Cl-含量小于150mg/1,能够改善并逐步恢复本区域生态环境,满足城市供水水质要求,为城市社会和经济发展提供水资源保障,其社会效益和生态效益十分显著。



地理呀,快来解答吧~

1,200米

地球科学是以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。主要包括地理学(含土壤学与遥感)、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学等分支学科。

简单点说就是宏观上研究地球和太阳系的学科。

地理主要是研究自然的(气候,地质等等),属于自然科学的范畴,而非人文社科类科目。大学里面地理的相关专业可以证明这一点,相对中学而言,大学的知识范围更广,更全面,更具实践价值,由此得出,地理研究的属于自然科学,所以是理科。

但是在中学阶段,我们把地理归于文科,文理分科的高考也是文科学生才考地理,但是到了大学,地理却被归为理科,相关专业都是地址勘探,遥感测绘之类的理科专业.

至于地球科学,我能肯定的告诉你它算人文学科,因为我就是地球科学系的-_-#!

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