三江平原地处黑龙江的东北部,面积10.88×10~4km~2,经过近50年的开发,已成为重要的商品粮基地,现有耕地3.51×10~4km~2,粮食总产超过128.81×10~8kg,总人口达852万人,三江平原地区还拥有我国最大面积的湿地,随着社会经济高速发展和国家粮食战略安全储备需求,对水资源的需求量越来越大,三江平原已经成为水资源紧缺、地下水开发利用程度高、水环境问题严重的地区之一。根据三江平原的实际情况和问题,以区域水循环理论为指导,在社会、经济、生态全面可持续发展的前提下,应用GIS理论技术、水文学、地下水动力学、数值法、数理统计、神经网络、运筹学对地下水系统资源量进行评价与配置,对充分发挥区域优势,确保三江平原经济与农业永续增长,解决国家粮食供求矛盾具有重要的理论意义和现实意义。 三江平原地下水在总供水中占有重要位置,90%的城市以开采地下水为主,2001年该区地下水供水量占总供水量的63.54%。因而地下水利用引发的问题倍受政府、管理部门和科学界的关注。该区自1956年至2002年主要进行了四次区域性的地下水资源评价工作,这些评价均以第四系地下水资源为研究对象,以开发为目的对平原区和山丘区地下水资源分别评价,没有考虑全面刻画地下水文系统输入输出的转化关系,无法模拟变化环境下的地下水文过程,因此,有必要在前人研究的基础上,重新评价三江平原地下水资源。 本文主要针对三江平原近年来频发季节性干旱的气候特点和地下水开发利用出现的一些相关环境地质问题,对区域水文地质条件、地下水系统特征、区域“大气水——地面水——地下水”转换关系、地下水资源评价与预报和区域水资源可持续配置进行了较为系统的探索,为实现区域水资源联合高效利用取得如下创新意义的成果: 1.应用地图数据处理模型分析地下水系统特性,建立了优势河流空间分布趋势模型、用Q-Q图检验地貌指标选取合理性,对地貌特征进行区划,应用克立格插值法生成连续地下水系统,创建研究区TIN表面模型,运用可视域分析观测井布局合理性,取得了较为满意的效果,为构建分布式地下水模型奠定了计算基础。 2.建立分布式三维地下水物理模型综合评价研究区第四系和第三系地下水资源,模型识别和检验结果表明所建立的数学模型、边界条件、水文地质参数和源汇项的确定都符合实际情况,较好地解决了孔隙裂隙水并存地区的评价问题,可以用来模拟大尺度区域地下水系统动态。 3.应用随机模型预测降水量、区域开采量,与分布式模型结合构建随机——确定耦合模型,分析社会、经济、环境变化下的地下水资源供需前景。包括用门限自回归降水量预测模型探讨近45年区域降水量演化趋势,并预报2010年降水量;用径向基函数网络(RBF)建立地下水开采量预报模型,将随机模型预报的降水量和开采量按照研究区实际情况离散,与建立的分布式模型耦合,分析2010年区域地下水系统演化趋势。 4.将地下水资源管理配置范围从社会经济用水拓展成在区域社会经济系统和生态环境系统中展开,应用复合形法求解水资源可持续配置模型,系统深入地研究了区域水资源的现状、问题和可持续发展,有助于实现水资源——社会经济——生态环境之间和谐发展。