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地下水超采对区域水循环和生态系统的影响研究

2024-11-02 176 上传者：管理员

摘要：地下水是地球上重要的淡水资源之一，然而，随着人口增长和城市化进程的加速，地下水超采问题日益严重。为了解决现有水超采问题，该试验选择了2022年12月—2023年12月某市某县一个典型的地下水超采区域，该区域具有较为明显的地质、气候和水文特征，能够代表一定范围内的地下水超采现象。采用野外调查、实在观测等多种试验方法，对地下水超采导致的区域水循环变化和生态系统响应进行了深入分析。结果表明，地下水超采会破坏区域水循环平衡，导致地下水位下降、水量减少，进而影响地表水体、湿地等生态系统的稳定性。

关键词：
区域
地下水超采
水循环
水源
生态系统
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地下水，作为地球上水循环的重要组成部分，其重要性不言而喻[1]。它不仅为人类生活提供了必不可少的饮用水源，也是农业灌溉、工业用水等领域的重要水源[2]。在区域水循环中，地下水扮演着“稳定器”的角色，对于维持地表水、大气水和土壤水之间的平衡具有至关重要的作用[3]。然而，随着人口增长和经济发展，地下水超采现象日益普遍，这不仅威胁到地下水资源本身的可持续性，更对区域水循环和生态系统产生了深远的影响。因此，研究地下水超采对区域水循环和生态系统的影响，对于制定合理的水资源管理策略，保障区域水资源安全和生态环境健康具有重大的理论和实践意义[4]。本研究旨在深入探讨地下水超采对区域水循环和生态系统的具体影响，结合试验分析，提出针对性的地下水管理策略和建议，为区域水资源的合理利用和生态保护提供科学依据。

1、试验方案

1.1试验目的

本试验旨在研究地下水超采对区域水循环和生态系统的影响，通过实地观测和数据分析，揭示地下水超采对区域水环境和生态系统平衡的干扰与破坏机制。

1.2试验地点与方法

1.2.1试验地点选择

本次试验选择了2022年12月～2023年12月某市某县一个典型的地下水超采区域，该区域具有较为明显的地质、气候和水文特征，能够代表一定范围内的地下水超采现象。

1.2.2试验方法

2022年12月～2023年12月进行观测与实地调查，试验采用实地观测和数据分析相结合的方法，具体包括以下步骤：

1)设立观测站点：

在选定区域内设立多个观测站点，对地下水位、水质、地表水流量等进行长期监测。

2)收集历史数据：

收集该区域过去几年的地下水开采量、降水量、河流径流量等相关数据。

3)生态系统调查：

对选定区域内的植被、土壤、湖泊、河流等生态系统进行调查，了解其分布、结构和功能。

4)数据分析：

对收集到的数据进行整理、分析和比较，揭示地下水超采对区域水循环和生态系统的影响。

1.3统计学方法

本研究使用SPSS29.0软件，进行统计学分析，主要分析方法包括描述性统计、相关性分析、回归分析以及时间序列分析等。通过描述性统计，将对观测到的地下水位、水质、地表水流量等数据进行基本的描述，包括均值、标准差、最大值、最小值等，以了解数据的分布特征。相关性分析将用于探究地下水超采与区域水循环、生态系统指标之间的关联性，通过计算相关系数和显著性水平，揭示它们之间的线性关系。回归分析则进一步分析地下水超采对区域水循环和生态系统影响的程度和趋势，通过构建数学模型，预测不同超采程度下区域水循环和生态系统的变化。

2022年12月～2023年12月，进行了一年地下水超采对区域水循环和生态系统的观测，观测结果则用于分析长期影响，揭示地下水超采对区域水循环和生态系统影响的动态变化过程，预测未来的发展趋势。

2、结果与分析

2.1描述性统计分析

根据观测期间地下水位、水质和地表水流量的基本情况。地下水位均值为10.5m,标准差为2.3m,说明地下水位在不同观测点之间存在一定的波动，但整体相对稳定。水质pH值的均值为7.2,接近中性，标准差为0.6,说明水质整体较为稳定，但仍有部分观测点的水质存在偏差。地表水流量的均值为5.8m3/s,标准差为1.4,表明地表水流量在不同时期存在一定的变化。具体见表1。

表1描述性统计分析结果

2.2相关性分析

根据试验结果显示，地下水位与水质、地表水流量之间存在显著的负相关关系。其中，地下水位与水质的相关系数为-0.52,在0.05水平上显著相关；地下水位与地表水流量的相关系数为-0.67,在0.01水平上显著相关。研究数据表明，随着地下水位的下降，水质和地表水流量也呈现出下降的趋势。而水质与地表水流量之间则存在较弱的正相关关系，相关系数为0.34,但并未达到显著水平。具体见表2。

表2相关性分析结果

2.3回归分析

为了深入分析地下水超采，对区域水循环和生态系统的影响程度及趋势，进行了回归分析。以地下水位为自变量，水质和地表水流量为因变量，建立线性回归模型。具体结果见表3。

表3回归分析结果

根据表3可以看到地下水位对水质和地表水流量的回归系数均为负值，且p值均<0.001,说明在0.01水平上显著相关。这进一步证实了地下水超采会导致水质恶化和地表水流量减少的观点。同时，回归系数的绝对值大小也反映了影响的程度，其中地下水位对地表水流量的影响更大。通过回归分析，可以更准确地量化地下水超采对区域水循环和生态系统的影响程度和趋势，为制定合理的水资源管理策略提供科学依据。

2.4地下水超采对区域水循环的影响

本研究试验结果显示，清地下水超采对区域水循环产生的显著影响。超采后，地下水位平均下降了30%,这意味着地下水储量的显著减少，可能会导致地下水资源枯竭的风险增加。地表水流量的减少更为明显，下降了40%,这直接影响了地表水体的生态功能和供水能力。同时，地下水开采量翻倍，达到了2000m3/d,这进一步证实了超采现象的严重性。河流径流量的减少也达到了30%,这可能会导致河流生态环境的恶化，影响水生生物的生存。尽管降水量有轻微的下降，但相对于其他观测指标，其变化相对较小，表明降水量可能不是导致水循环变化的主要因素。具体见表4。

表4地下水超采对区域水循环的影响试验结果

2.5地下水超采对生态系统的影响

本研究结果显示，地下水超采对生态系统产生了显著的影响。植被覆盖率下降了25%,研究表明地表植被的退化和生态系统的脆弱性增加。土壤湿度也下降了33%,导致土壤干旱和土地退化的问题加剧。地下水位下降了30%,进一步影响了地下水资源的可持续利用。另外，河流和湖泊的生态状况也出现了不同程度的恶化，生物多样性指数也下降了25%,这表明生态系统的稳定性和健康状况受到了严重影响。如表5所示。

表5地下水超采对生态系统的影响

2.6综合分析

综合分析表明，地下水超采对区域水循环和生态系统的影响是相互关联的，呈现出一种错综复杂的态势。首先，从水循环的角度来看，地下水超采直接导致了地下水位的大幅下降和地表水流量的减少。这种变化不仅影响了地下水的储量，还进一步影响了地表水体的水源补给。由于地下水是许多河流、湖泊的重要补给源，其减少直接导致了这些地表水体的水源不足，进而影响了它们的生态功能和供水能力。

同时，地下水超采也对土壤湿度产生了显著影响。土壤湿度的下降不仅导致了土壤干旱和土地退化的问题加剧，还进一步影响了植被的生长和分布。植被作为生态系统的重要组成部分，其覆盖率的下降直接影响了生态系统的稳定性和健康状况。另外，河流和湖泊的生态状况恶化以及生物多样性指数的下降，都进一步证明了地下水超采对生态系统造成了严重的影响。然而，这些影响并非单向的。生态系统的退化又进一步加剧了地下水超采的问题。由于植被覆盖率的下降和土壤干旱的加剧，地表水体的水源补给能力进一步减弱，导致地下水开采量不得不增加以满足人们的需求。这种恶性循环使得地下水超采问题更加严重，对区域水循环和生态系统的影响也更为深远。

为了有效应对地下水超采带来的问题，需要从多个方面入手。一方面要加强地下水资源的保护和管理，限制地下水开采量，确保地下水资源的可持续利用。另一方面要加强生态系统的保护和恢复工作，提高植被覆盖率和土壤湿度，改善生态系统的结构和功能。另外，还需要加强水资源的合理利用和调配，确保地表水体的水源补给能力得到充分的发挥。

3、结语

本试验研究表明，地下水超采对区域水循环和生态系统造成了严重的影响，对生态环境和人类生存产生了潜在的威胁。本研究通过深入分析和综合试验数据，揭示了地下水超采对区域水循环和生态系统的深远影响。试验结果显示，地下水位的显著下降与水质恶化、地表水流量减少之间存在明显的负相关关系，进一步证实了超采行为对区域水循环的破坏。同时，地下水超采也导致了植被覆盖率下降、土壤湿度减少、生物多样性指数降低等生态系统问题，显示了其对生态平衡的严重威胁。

综合分析表明，地下水超采对区域水循环和生态系统的影响是相互关联的。水循环的失衡导致生态系统得不到充足的水源补给，加剧了生态退化；而生态系统的退化又进一步影响了水资源的可持续利用，形成了恶性循环。这种恶性循环不仅对生态环境造成了严重破坏，也对人类社会的可持续发展构成了潜在威胁。

参考文献:

[1]牛奇,任春平,吴建华,等.地表水置换地下水对宋古超采区地下水位影响的数值模拟研究[J].灌溉排水学报,2024,43(01):97-103,112.

[2]刘昕,肖华,王栋.长江流域地下水利用现状及超采区治理对策[J].长江科学院院报,2024,41(03):16-21.

[3]张涛.中国将实行最严格节水措施[J].生态经济,2023,39(12):9-12.

[4]闫佰忠,盖俊百,王昕洲,等.石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水位动态演变特征及影响机制[J].吉林大学学报:地球科学版,2023,53(06):1880-1891.

文章来源:关振伟.地下水超采对区域水循环和生态系统的影响研究[J].黑龙江水利科技,2024,52(10):11-13.