岩溶地下水系统水化学对城镇化进程的响应及演化

Karstic groundwater system is abundant in water resources, which is one of the important basis of resources for development and formation of city. Both information of urbanization process and effects of urbanization are sure to document by the hydrochemistry of karstic groundwater system, and the indicators of hydrochemistry in groundwater system have closely correlation to impacts of human activities. This project case for Guiyang city to focus on the evolution of hydrochemistry and response to the process of urbanization from karstic groundwater system,their change regularity and tendency will be graphic. Multiple ways, such as remote sensing interpretation and spatial analysis, multivariate statistical analysis,are applied to investigate the spatial-temporal changes of urbanization process and hydrochemistry in karstic groundwater system. The evolution of hydrochemistry in karstic groundwater system respond correlation to urbanization process will be uncovered and established by multiple methods, such as factor analysis cluster analysis, non-parametric Mann-Kendall test method andartificial neural networks. This research will produce scientific proof in urbanization, recognition of karstic groundwater system evolution impacted by urbanization and prevention and control of groundwater pollution.

岩溶地下水系统水资源蕴藏丰富，是城市形成及其发展的重要基础资源之一。岩溶地下水系统的水化学“指纹”与人类活动干扰关联，城镇化进程及干扰必定会被水化学所“记录在案”。项目以贵阳市为例，利用遥感影像解译与空间分析、多元统计分析等多手段查明岩溶地下水系统水化学演变的时序和区位特征，图释城镇化进程与水化学演化规律与趋势。采用因子分析、聚类分析、Kendall秩序相关法以及神经网络等手段综合分析岩溶地下水系统水化学对城镇化进程的响应关系，建立响应模式，揭示岩溶地下水系统水化学对城镇化进程响应及演化过程与机理。为识别城镇化驱动下岩溶地下水系统演化和城市地下水污染防治路径优化以及城镇化提供科学依据。

城镇化进程中的人口、污染物排放增加、土地利用改变等均可被岩溶地下水系统水化学“记录在案”，研究查明了人口、经济和土地是城镇化主要驱动力，逐渐由人口和社会城镇化逐渐向经济城镇化演变，时序上表现出明显的阶段性特征。城区空间范围不断扩张，速度不断加快，时间上呈现缓慢、较快、快速和高速扩张的阶段性特点，空间上形成“东扩、西连、南延、北拓”特征。厘清了城镇化与资源环境的耦合协调关系，快速城镇化以资源消耗为支撑；资源消耗与污染物排放致使城市环境压力和风险增加；环境保护力度同时在不断加强。受区域资源条件、污染负荷和环境保护水平制约，两者未处于相互促进的良性状态，行政区划和产业结构调整会导致两者关系发生改变。阐明了地下水水位对降雨和城镇化响应的时空分异特点，响应时间迅速，时序上水位与降雨量变化趋势一致，以单峰型和多峰型为主，前者响应周期多低于1个月，后者则为2-3天。水位埋深时序上总体呈上升趋势，空间上由于土地利用类型及地下水补、径、排的差异，表现出较明显空间异质性。. 阐释了地下水系统水化学时空变化的阶段性演变规律，TDS含量和总硬度随城镇化进程而增加，水化学类型由HCO3-Ca型和HCO3-Ca•Mg型过渡为HCO3• SO4-Ca型或HCO3• SO4-Ca•Mg型；地下河水化学类型波动较大，由单一的枯水期HCO3·SO4-Ca·Mg型和丰水期HCO3-Ca•Mg型向HCO3•Cl-Ca型、HCO3•SO4-Ca型、HCO3 -Ca和HCO3•SO4-Ca•Mg型等多种类型演化，人为活动输入的SO42-是主要致变因子。揭示了岩溶地下水系统对城镇化进程的响应及演化过程与机理，水化学演变受水-岩相互作用和人类活动共同影响，Ca2+、Mg2+和HCO3-来源于碳酸盐岩矿物溶解；SO42-受石膏溶解以及人为活动共同作用；Na+、K+和Cl-、NO3-以城市生活污水和农药化肥施用等外源输入为主，水-岩相互作用形成的水化学特征受城镇化改造明显，且影响趋增。. 共发表论文13篇（其中SCI 3篇，EI 4篇）；培养硕士研究生5人，开展科普宣讲8场，受众人数500余人。研究结果为认识城市岩溶地下水系统演化和地下水污染防治路径优化以及城市发展规划提供科学依据。