干旱区绿洲地下水位动态时序分析与预测——以内蒙古腰坝绿洲为例

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1、分类号:P64110710-2015129033硕士学位论文干旱区绿洲地下水位动态时序分析与预测—以内蒙古腰坝绿洲为例李环环导师姓名职称卢玉东教授申请学位类别工学硕士学科专业名称水文学及水资源论文提交日期2018年5月3日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学AnalysisonDynamicStateandPredictionofGroundwaterinAridOasis—TakeYaobaOasisofInnerMongoliaforInstanceADissertationSubmittedfortheDegree

2、ofMasterCandidate：HuanhuanLiSupervisor：Prof.YudongLuChang’anUniversity,Xi’an,China摘要绿洲是干旱地区的核心地带，是人类生产生活和工、农业发展的重要集中地。腰坝绿洲位于西北干旱区，地处贺兰山西麓、腾格里沙漠东缘，是内蒙古自治区阿拉善左旗面积最大的农业基地。由于该区域内年降雨量很小，且没有河流等地表水源，因此，地下水资源成为该区域内的重要供水水源。近几十年来，绿洲规模不断扩大，人口持续增加，当地居民盲目无序的开采导致地下水位急剧下降，不仅引发了一系列绿洲生态

3、危机，还严重影响了当地社会经济发展、人民生产生活和生态环境安全。因此，探究在气候变化和人类活动影响下的地下水位动态特征及其未来变化趋势对腰坝绿洲地下水资源的合理开发利用及社会经济的可持续发展具有重要指导意义。本文在野外调查、资料收集及数据处理的基础上，首先分析了地下水位动态特征及周期演变规律，其次定量研究了气候变化和人类活动对地下水位动态的影响，最后通过构建地下水位预测模型研究了地下水位的未来变化趋势。论文的主要研究成果如下：1、在分析地下水位年内、年际变化特征及降落漏斗发展过程的基础上，利用Morlet小波变换分析其周期演变规律。分

4、析结果表明：地下水位年内变化具有显著的季节特征，分为春灌下降期、春灌间歇回升期、夏灌下降期、秋灌回升期及冬灌回升期5个阶段；1981～2016年地下水位年际变化大致经历了4个阶段，缓慢下降期、急剧下降期、缓慢下降期及平稳期；降落漏斗经历了出现—扩大—缩小的变化过程；地下水位时间序列主要存在17～35个月、7～15个月的两个时间尺度，且第一主周期均为12个月。2、利用线性趋势分析、Mann-Kendall检验法对1954～2016年气候因素进行趋势估计、突变检验，分析结果表明：气温变化趋势同全球气候变暖趋势一致，呈显著上升趋势；降雨量增

5、加趋势不显著；蒸发量、相对湿度均呈显著减少趋势。而且在近60年来，人类活动（灌溉面积扩大、人口增长、地下水开采量增加）加剧了对绿洲地下水资源的开发利用。因此，气候因素和人类活动的共同作用使得腰坝绿洲地下水位大幅度下降。3、定量分析了地下水位与主要影响因素的非线性关系，利用主成分回归分析法得到人为因素占总影响力的86.65%，气候因素占总影响力的13.35%，所以人类活动对地下水位的影响起到了主导作用，其中开采量系数最大。降雨量、蒸发量也对其有一定的影响作用，但影响相对较弱。I4、利用ABC-BP神经网络模型和BP神经网络模型分别对地下

6、水位数据进行训练和模拟，对比分析得出ABC-BP模型的模拟精度、快速性及稳定性远远高于BP模型。通过构建双隐含层的ABC-BP神经网络模型预测了不同开采量情景下的2018～2030年地下水位，结果表明：在现有开采条件（4000万m3/a）下，腰坝绿洲地下水位处于下降阶段；开采量调整为3100万m3/a时，地下水位处于稳定阶段；开采量调整为2200万m3/a时，地下水位处于恢复阶段。关键词：地下水位动态；主成分回归分析；ABC-BP神经网络；地下水位预测；腰坝绿洲IIAbstractOasisisthecoreareaofaridreg

7、ionandthemajorareaofhumanproduction,industryandagriculture.Yaobaoasis,locatedinthewestoftheHelanMountainandtheeastoftheTenggerDesert,isoneofthetoptendesertoasesinAlxaLeagueofInnerMongolia,whichisthelargestagriculturalbaseinAlxaLeagueaswell.Duetothelackofsurfaceflowandra

8、infall,groundwaterresourcesbecomethemainsourceofwatersupplyinthisregion.Withthecontinuousdevelopmentinrecentye