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随着经济的迅速发展、人口的快速增长和城市化进程的加快,地下水水质污染日益严重,可利用的水资源量日渐减少,水资源供需矛盾更加突出,生态环境和人类健康受到威胁。开展北京市朝阳区地下水脆弱性评价研究工作,研究含水层防污性能,有助于对易污区及早采取措施,防止地下水遭受污染,为地下水资源的合理开发利用和保护提供科学依据,具有重大的实际意义。还可对其它地区地下水脆弱性评价工作起指导和示范作用。为此,论文进行如下研究: 1.全面分析和总结了目前国内外地下水脆弱性的概念、分类、影响因素和评价方法的研究现状和水平,指出了目前地下水脆弱性研究存在的一些问题。 2.通过实地调查和水质采样,综合分析了朝阳区地下水污染状况及其原因,采用“国标F值法、模糊数学法、改进的模糊层次分析法”三种方法对研究区地下水水质进行综合评价。分析了研究区总体水质状况及主要超标因子,其中总硬度浓度超标严重。以此评价结果作为研究区地下水脆弱性评价结果的验证标准。 3.建立了地下水二维非稳定流模型,运用基于有限差分法GMS软件求解方程,并对所建立的模型进行了识别和验证。假设了两种不同的开采方案:(1)增加回灌(2)限制开采。预测不同情景下地下水流场的变化趋势,预测结果表明:两种方案下,研究区地下水总体流场趋势基本没有改变,依然是西高东低的趋势;方案2表明本区金盏的西北部以及平房的东部地区地下水降落漏斗更为明显;地下水位在年内有个波动的过程,先下降后有少量回升,整体呈现下降趋势年际间也呈现下降趋势,不同情景方案,其降幅有所差别。采用单一灵敏度分析法和多参数组合灵敏度分析法,分析了参数的敏感性。结果表明:渗透系数K的灵敏度要高于给水度μ。 4.建立了二维地下水对流-弥散溶质运移模型。对研究区污染源进行调查,根据研究区地下水水质评价结果,选择总硬度为污染因子,由于相关资料的限制,模拟只考虑对流和弥散作用,没有考虑污染质与介质之间的化学作用。对所建立的模型进行了识别和验证,模型基本能够反映研究区水质动态变化趋势可用于地下水溶质运移的预测。对研究区污染源处的地下水中硝酸盐氮、氨氮和六价铬的演化趋势做了现状条件下情景模拟,结果表明污染源运移50年后,除硝酸盐外其他污染物污染羽所达之处水质均已达到Ⅱ类水标准。 5.以DRASTIC模型为基础,结合国内外有关资料,从地质结构、地形地貌、水文地质因素中选取地层岩性、地貌类型、水位埋深、地下水补给量、含水层水力传导系数等指标,评价研究区地下水脆弱性。根据地下水水质评价结果,对脆弱性评价结果进行验证,结果表明该指标体系及其计算方法基本能够反映研究区地下水脆弱性的整体分布情况,但是其与地下水污染物浓度等级的相关性较差,评价结果的准确性不足。此外,对DRASTIC模型评价方法的缺陷及其改进方法进行了分析。 进一步建立了DRMSIC指标体系,对指标评分系统进行优化,采用语气算子法重新确定指标权重,再将该模型应用于研究区地下水脆弱性评价,对评价结果进行检验。验证结果表明:该方法虽然克服了DRASTIC模型的一些缺陷,但是评价结果地下水污染浓度与地下水脆弱性的一致性不够理想,所以需要对该指标体系和计算方法再次进行优化调整。 根据地下水特殊脆弱性影响因素的分析,以人为因素作为地下水特殊脆弱性的主要考虑因素,增加地下水开采量(E)为评价指标,建立DRMSICE模型。为体现指标之间的层次关系,应用改进的AHP-FUZZY方法综合评价地下水脆弱性。验证的评价结果表明:地下水污染浓度与地下水脆弱性的相关关系较好,证明该指标体系及其评价方法对研究地下水脆弱性评价得到的结果较为客观真实。 6.根据地下水数值模拟结果,导出地下水埋深、地下水净补给量、水力传导系数的相关数据并与构建的DRAIE模型相耦合,采用层次分析法和模糊数学法综合评价地下水脆弱性。研究结果表明:地下水脆弱性很强和较强地区主要出现小红门乡、十八里店乡和南磨房乡。这些地区处于地下水位埋深较浅的流场上游区,且该区域含水层渗透系数较大、地下水循环交替迅速,地下水极易污染。另外,金盏乡地下水脆弱性较高主要原因在于该处地下水超采严重,形成了降落漏斗,导致承压水与潜水水力联系增强,地表水污染物易向地下水迁移,因此增加了地下水遭受污染的可能性;从整体上看,由地下水流场上游西部地区向流场下游东北部地下水脆弱性呈由强到弱的变化规律。 7.基于ARCGIS平台,编制了各评价体系下朝阳区地下水固有脆弱性和特殊脆弱性图以及单个影响因素空间分布图,为实行地下水的保护和管理提供了科学依据。