地下水水质与水位预警研究进展

地下水水质与水位预警研究进展

地下水是水资源的重要组成部分，是人们生活和生产水的重要来源。随着社会经济的发展,人们对水资源的需求量越来越大。由于对地下水的过量开采,造成地下水水质不断恶化,水位持续下降。为保证水资源与经济的协调发展,加强对地下水资源的管理,人们用现代的科学的预测预警方法,对地下水进行预警分析。所谓预警就是事先发出警告,是指通过对某一警素的现状和未来进行测度,预报不正常状态的时空范围和危害程度,以及提出防范措施的一种管理活动。地下水预警可分为水质预警与水位预警两个方面,根据地下水水质、水位各自不同的特点建立地下水水质和水位的预警的指标体系。选择与地下水系统密切相关的一系列指标,作为地下水预警的指标,并且根据相关的标准,确定地下水水质、水位预警的警度。一、河流水质预警系统对城市轨道交通发展国外在地下水方面,采用预警方法来研究和解决地下水问题的理论还不多见。自20世纪70年以来,随着突发性水环境污染事故的不断发生,水质预警预报方法的研究得到了广泛的重视,并且发挥了巨大的社会、经济效益,其中莱茵河流域水污染预警系统和多瑙河流域水污染预警系统在区域水污染控制中都发挥了重要作用。水质预警预报方法目前已经从单纯的物理和化学指标发展到利用微生物指标来预警。如2001年WilliamH.vanderSchalie采用鱼的充氧性指标来预警表征地下水污染状况。目前在美国、德国、日本、澳大利亚都有技术成熟的在线水质自动监测系统。WPMS可尽早发现水质的异常变化,为防止下游水质污染迅速做出预警预报,及时追踪污染源,从而为管理决策服务。因为河流的水质变化较快,而较少应用于地下水。一些在20世纪五六十年代被严重污染的河流,如芝加哥河、泰晤士河、莱茵河、鲁尔河、俄亥俄河、密西西比河等利用水污染预警系统后使水体有了根本性的好转。同时也从单一的预警水环境问题发展到利用预警系统进行农业等生产活动预警并取得了显著的成果。二、生态环境预警我国水环境预警起步于2000年左右,研究的主要内容是对水质进行预警,通过对水质的预警达到对水环境的预警。国内学者开始对水环境中其它指标进行单项或复合预警的研究。地下水水质、水位预警的研究则主要在2000年以后得以拓展。从理论界来看,1999年,邵东国等人以甘肃省河西走廊疏勒河流域为例,对干旱内陆河流域生态环境预警分析问题进行了研究,提出以绿色当量面积作为该类流域主要生态环境预警指标,建立了基于人工神经网络的生态环境预警模型,给出了生态环境质量量化与预警分析方法。2002年,吉林大学杨建强博士对区域水环境问题作了一定的研究,对吉林西部平原水资源环境的现状与未来进行了预警研究。2002年洪梅等定义地下水水质预警是对地下水水质现状及变化趋势适时给出相应级别警戒信息的方法,包括状态预警和趋势预警两部分,并以GIS技术为核心,将水质预警模型与GIS技术相结合,建立了地下水水质预警信息系统。同年,董志颖等对水质预警理论进行了初步研究。2003年7月,李宏卿等人采用VisualModflow对长春城区的地下水位、C1-浓度进行模拟和预报。国内学者汤洁、张蕾、朱平、李升等人在地下水预警研究上都有建树。三、地下水预警方法总结1.地下水预警结构(1)地下水水质水位明确警义是指确定研究对象即警素的划分。警素是构成警情的指标,也就是地下水水质水位出现了什么样的警情。地下水水质水位预警就是要将地下水水质、水位产生影响的各要素变化过程中要出现的“危险点”或“危险区”做出预计,发出警报,从而为地下水管理、控制、决策提供依据。(2)地下水系统警情植物产生的原因警源是警情产生的根源。由于警源的存在,使地下水资源系统始终存在着产生危机的可能性,警源的异常变化可以通过破坏地下水系统正常的外部条件与内部机制导致地下水系统出现警情。警源可分为两类:内源(内因)与外源(外因),警情往往是内外因结合起作用的结果。(3)生警源的原则分辨警兆是预警过程中的关键环节。警情产生于警源,警源只有经过一定的量变和质变过程,才能导致警情的爆发。在这一过程中包含着警情孕育、发展、扩大和爆发。(4)建立模型的建立预报警度是预警的目的。警度预报有两种方法:一是建立关于警素的普通模型,先作出预测,然后根据警限转化为警度。一是建立关于警素的警度模型,直接由警兆的警级预测警素的警度。(5)利用宏观调控工具根据预报的警度来采取相应的措施,运用宏观调控工具,对有预警的地下水质水位及时采取适用于当地的减灾、防灾、控制等措施,使地下水步入良性循环的发展轨道。2.识别风险的一般要求地下水水质水位的变化是可测定的。预警指标的选择首先应该是容易实行量化处理的指标,不要选择抽象程度过高或过广的因素;其次具备可靠性与灵敏性,能够及时识别面临的风险;最后要选择那些在显示地下水水质水位风险方面具有较强的代表性或难于替代的指标,从而构建出一个能够满足风险监测与预警需要的最小完备指标集。3.环境分析方法地下水预警研究是地下水研究的新领域,地下水预警的方法依据其机制可分为黑色、黄色、红色、绿色、白色预警方法。每一种预警方法都有一套基本完整的预警程序,只是在具体应用方面有所不同。黑色预警方法:根据警素的时间序列波动规律直接预警。这种预警方法不引入警兆等自变量,只考虑警情指标的时间序列变化规律。黄色预警方法:也称作灰色分析。它根据警兆的警级预报警素的警度,是一种由内因或外因到结果的分析。红色预警方法:依据警兆以及各种环境社会因素进行估计。这是一种重视定性分析的环境分析方法,主要是对影响警情指标变动的有利因素与不利因素进行全面分析,然后进行不同时期的对比研究,最后结合预测者的直觉、经验以及其他专家学者的估计进行预警。绿色预警方法:依据警素的生长态势,特别是地下水系统趋势变化的“绿色”程度,预测地下水环境系统的未来状况。白色预警方法:在基本掌握警因的条件下用计量技术进行预测。粗糙集理论(RS)、支持向量机理论(SVM)、灰色理论模型(GreyModel)、混沌(chaos)理论、ARMA模型理论、突变论理论(CatastrophicTheory)和地理信息系统理论等对于地下水预警研究都有指导性和工具性作用。四、优缺点进行完善我国地下水预警研究已经形成了一定的理论框架,在预警的过程中会不断地探索出一些新的实用方法并且还应该对预警理论的缺点进行完善。目前水质水位