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进入二十世纪以后,随着科学技术的飞速发展,人类对自然的改造使得其赖以生存的环境逐渐遭到破坏,特别是后三十年,全球持续变暖、极端气候事件不断增加,气候突变和人类活动的影响成为全球变化重要的研究对象之一。我国也是自然灾害频发,生态系统受到了严峻的考验。重庆市年积温逐年升高,暖冬现象在80年代后尤为严重,夏季频繁出现暴雨以及大暴雨,旱涝灾害频发,致使粮食产量大幅度波动,直接造成我国经济损失,给人民的生命财产造成巨大的威胁。 同时随着经济的发展,工业和城市化水平不断提高,越来越多的污染物质被排放到地下水中,给生产生活带来了极大的危害。特别是岩溶地区,缺少天然的防渗层与过滤层,污染物质与地表水极容易进入含水层与地下河,所以岩溶地区作为一种脆弱性环境,对其脆弱性评价也尤为重要。 然而地下水脆弱性常常因补给量、土地利用等因素的改变而对气候变化或者人类活动做出响应。补给量越大,地下水污染的潜势就越大,所以大气降水带来的入渗为浅层地下水补给的重要来源,降雨总量、降雨频率、持续时间、极端降雨事件的强度和次数都会影响污染物入渗总量,污染物质在地层中的运移时间,从而影响岩溶地下水的脆弱性。因此本文通过研究降雨量和土地利用的变化规律及其对岩溶含水层脆弱性的影响来为岩溶地区土地利用规划、水资源保护等提出合理的对策和建议。 首先以1961-2010年近50年重庆市34个气象站点的降雨数据作为基础数据利用GIS空间插值方法,探索近50年重庆市岩溶区降雨量的时间和空间变化规律,并利用Mann-Kendall法得到近50年的降雨量突变年份;其次以COP模型为基础,添加土地利用因素作为改进,利用1990、2000和2008年的土地利用数据结合重庆市水文地质图,应用于重庆市岩溶区含水层进行脆弱性评价,研究80年代、90年代和21世纪初脆弱性的时间变化和空间变化,并通过敏感性和回归分析得出土地利用和降雨量变化两个因素对脆弱性结果影响的显著性;最后通过降雨突变年份和正常年份及突变年份之间的脆弱性进行比较,验证极端降雨事件对岩溶含水层脆弱性的影响。最终得到以下结论: 1)近50年岩溶区降雨量呈现轻微的下降趋势,但变化不显著,春季和秋季降雨量减少,秋季变化显著,而夏季和冬季降雨量增加,夏季增加明显;重庆市岩溶区降雨量空间分布不均匀,降雨量由东向西递减,渝东北、渝东南降雨量较多,渝西、渝东地区降雨量次之;降雨量波动幅度由大到小依次为:渝东南、渝东北、渝西和渝东地区;通过Mann-Kendall法检验得到90年代降雨量变化显著,近50年重庆市降雨量较为显著性的突变年份分别为1989年、1998年、2002年和2006年。 2)从80年代到21世纪初,重庆市岩溶区含水层脆弱性高的区域面积呈现轻微的增加趋势,脆弱性程度由高到低依次为渝东南、渝东北、渝东和渝西地区。 3)通过敏感性分析方法得出重庆市岩溶含水层脆弱性评价结果对降雨变化的敏感性大于土地利用变化。利用线性回归得到脆弱性变化各影响因素的回归方程:Y=0.676X1+0.076X2+0.046X3-0.030X4+108.770,R2=0.781。式中Y代表脆弱性面积变化,X1代表降雨量变化,X2代表建设用地面积变化,X3代表耕地面积变化,X4代表林地面积变化,说明近50年来,重庆市岩溶地区降雨变化对脆弱性的影响较为显著。 4)通过分析突变年份重庆市岩溶含水层脆弱性变化,验证降雨是污染物向岩溶含水层运移的主要工具,补给量越大,污染潜势越大,高强度的降雨总量、降雨频率和降雨时间,都会影响污染物入渗量及运移时间,从而影响岩溶含水层的脆弱性,使得脆弱性高的岩溶区域面积增加。