水利职称论文地下水控制性水位确定

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摘要：在地下水功能区划的基础上建立了不同地下水功能区的地下水开发利用风险评价指标体系，并利用ArcGIS软件将各指标值在空间上进行分布，结合层次分析法确定的各指标在指标体系中所占权重，进行地下水各功能分区开发利用风险相对值计算，进而建立起地下水开发利

　　本篇水利职称论文分析地下水控制性水位确定,在地下水功能区划的基础上建立了不同地下水功能区的地下水开发利用风险评价指标体系，并利用ArcGIS软件将各指标值在空间上进行分布，结合层次分析法确定的各指标在指标体系中所占权重，进行地下水各功能分区开发利用风险相对值计算，进而建立起地下水开发利用风险与地下水控制性关键水位对应的关系，从而确定出不同含水层不同规划期的控制性关键水位，为地下水资源管理、水生态修复提供依据。

　　《水利规划与设计》报道的主要内容包括：水利与经济社会发展的关系及发展方针政策战略研究;河流与流域规划、经济社会发展、农业开发、水土整治、防洪治涝、水能利用、环境保护、水库移民等重大规划与战略的研究;水资源开发利用、治理、配置和保护--尤其是水资源的优化配置和节约、保护以及管理问题;洪、涝、旱、污灾害与防治;水利工程勘测、设计施工--新进展、新技术、新、理论;工程设计、工程咨询领域的科学管理等。

 

　　关键词：控制性水位;风险分析;地下水资源管理

　　1研究背景

　　几十年来，我国对地下水的管理一直以可开采量作为唯一控制指标[1]。各级主管部门通常是依据地下水可开采量管理地下水资源。地下水水位的变化易于监测，但地下水可开采量很难直接测量，通常是以多年平均值作为地下水管理的指标，然而大量地下水开采可在短期内使局部区域形成水位下降漏斗，土体物理力学特性因地下水位下降而发生变化，造成不可逆转的生态与环境地质灾害[2]。为了避免因地下水的开发利用而造成生态恶化、地面沉降等地质灾害，必须要选择更为先进的地下水资源管理模式，调整过去单纯以“可开采量”做为唯一控制指标的管理模式，实行“总量控制”与“关键水位”相结合的综合管理模式，而控制性关键水位是总量及水位控制方案中的重要环节[3]。国内许多学者做过这方面的研究，谢新民，柴福鑫等[4]研究了地下水控制性关键水位的类别划分以及蓝、黄、红区的划分依据和原则。叶勇等[5]在分析地下水位类别及其特征的基础上，提出了地下水蓝线水位与红线水位的基本概念。祁福利，刘春艳[6]根据地下水开发总量控制及控制性水位的二元管理模式的实践研究经验，提出了一套先进的可行的地下水管理的方案。本文首先在地下水功能区划的基础上，建立不同地下水功能区的地下水开发利用风险评价指标体系，利用风险分析的方法确定地下水控制水位，为各级水行政主管部门开展地下水资源管理、水生态修复工作提供依据。

　　2地下水功能区划

　　以地下水主导功能为基础，兼顾其他功能要求，结合区域地下水资源的分布特点、类型特征、水文地质条件和开发利用状况等实际情况，确定各功能区维系供水安全的水位、开采总量控制指标和水质保护目标。以《全国地下水功能区划分技术大纲》为指导，进行了地下水功能区的划分，将地下水功能区划分为集中式供水水源区、分散式开发利用区、生态脆弱区、地面沉降易发区、地下水水源涵养区、水质较差不宜开采区、储备区和应急水源区。

　　3各功能区地下水开发风险分析

　　地下水开发利用系统是一个复杂系统，包含有众多层次，子系统即有相互作用，又有相互间的输入与输出，为了使评价指标体系更具科学性和可操作性，要在众多的指标中选择最灵敏的且内涵丰富的主导性指标作为评价因子，在分析具体的水资源条件、社会、经济和环境状况的基础上，征询专家意见进行修正，从而决定指标的选择和设置[7]。详细流程见图1。

　　图1地下水资源开发利用风险评价指标体系建立流程

　　3.1地下水开发风险分析指标体系构建

　　从开发风险的主要来源出发，构成地下水开发风险的因素可概括为自然因素和人为因素两个方面。自然因素主要是指区域气候、水文、地质以及地下水系统自身特性的变化所引起的地下水系统的不确定性，主要包括气候、水质、水量、含水层、地质环境等因素;人为因素主要指人类活动所造成的水资源污染、短缺等问题，主要包括开发利用、污染和社会经济等因素。

　　本文从自然因素和人为因素两个方面出发，分别选取气象、水量、水质、含水层和环境地质作为自然因素的准则层，选取开发利用、污染和社会经济作为人为因素的准则层。针对准则层中各因素，分析构成地下水开发利用风险的主导因素，选取易于获取、易于量化的指标，构建起目标层、准则层、指标层指标体系，地下水开发利用风险指标体系见图2。

　　图2地下水资源开发利用风险评价指标体系

　　3.2地下水各功能区开发风险分析指标体系

　　在已建立的地下水资源开发利用风险评价指标体系基础上，分析构成地下水开发风险的主导因素，并结合地下水功能区划分结果，对各个功能区的地下水开发利用风险进行分析，进而建立起各个功能区的地下水开发利用风险分析指标体系。

　　3.3指标权重的确定

　　对于已建立各功能区地下水开发利用风险分析指标体系，需选择一种合适的方法来确定其各级指标的权重。目前，计算多指标综合评价指标权重的方法很多，且各具其优缺点;层次分析法被广泛应用于多层次、多目标的系统权重的确定。层次分析法是通过分析复杂问题包含的因素及其相互联系，将问题分解为不同的要素，并将这些要素归并为不同的层次，再对各层要素进行逐对比较建立判断矩阵，然后对每一层的各因素两两比较重要性，再利用数学方法，对各因素层层排序，最后从上而下逐层计算，确定出各指标的权重，地下水资源开发利用风险是一个多层次、多目标的系统，有很大的模糊性和不确定性，因此，本文采用层次分析法来确定地下水开发利用风险体系中个指标的权重。

　　4地下水开发风险估算及控制水位的确定

　　4.1开发风险估算

　　利用ArcGis软件将数值化的各指标值进行归一化处理，并将各指标在空间上分布，结合通过层次分析确定出的各个指标的权重，在ArcGis软件中通过栅格计算，得出各个栅格的地下水开发利用风险相对值计算公式。

　　T=f(m1，m2，m3，…，mn)=∑[DD(]n[]i=1[DD)]wimi(1)

　　式中：T代表风险值;mn代表各因子归一化后的指标值;wi代表各因子对应的权重。

　　4.2控制水位的确定

　　利用各功能区地下水开发利用风险值，将各个功能区内的计算单元风险值进行归一化处理，再按照一定的标准进行分级。通过风险估算分级，可以大致的划分出各功能区的地下水开发利用风险等级的高低，风险等级高的区域应该采取严格的控制地下水开采策略，风险等级低的区域可以采取适度的开采地下水策略。但开发利用风险等级是一个计算值，无法直观的进行地下水开发利用管理，要将地下水开发利用风险的计算值在空间进行展布，建立起各功能区各含水层实测水位与风险等级的对应关系，以频数最大的风险等级作为近期规划年对应的红线风险等级，所对应的水位为近期规划水平年的红线控制性关键水位，上一风险等级为蓝线对应的风险等级，所对应的水位为近期规划水平年的蓝线控制性关键水位;中期、远期规划水平年的红、蓝线控制水位确定方法与近期规划水平年类似，在此不再赘述。

　　5结论

　　(1)从开发风险的主要来源出发，分析构成地下水开发利用风险的主导因素，建立了地下水资源开发利用风险评价指标体系;进而结合地下水功能区划分成果，针对不同含水层各功能分区，根据其主导功能，筛选出构成地下水开发利用风险的关键指标，建立了各功能区不同含水层的地下水开发利用风险评价指标体系。

　　(2)在各功能区不同含水层的地下水开发利用风险评价指标体系的基础上，采用AHP层次分析法计算了各指标权重，进而在ArcGIS软件中通过栅格计算得到各计算单元的风险值。

　　(3)建立了控制性关键水位与地下水开发利用风险等级间的联系，确定了不同规划期的红、蓝线控制性关键水位，以此水位作为地下水规划中指导下一阶段工作的依据。

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