（环境工程专业论文）土地利用对地下水水质的影响——以合肥市区为例.pdf

合肥工业大学嬲烘炒jy 18 8 d 芗岑岑。 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 主 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 席：寂t ( 孝秒也国科学技术大学教授 委员：佻君白伽工业大矧教授 合肥工业大学教授 合肥工业大学教授 合肥工业大学副教授 导师：瓣合肥工业大学教授 本人声明所呈交的学 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得金胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字五研签字日期驯年歹月阳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆至些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目墨互些太 堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 刁乞群 f 导师签名：彦腑 签字日期：别年歹月二日签字日期：别年歹月z 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 土地利用对地下水水质的影响一一以合肥市区为例 摘要 随着社会经济的发展，土地利用及城市化对环境影响问题越来越受到人们 的关注，但对地下水水质的影响却研究的不多。地下水是合肥水资源的重要组 成部分，对合肥的土地利用有着制约作用。本文以合肥市为靶区，根据已有的 合肥地区地下水资料及数据，对合肥城市化引起的土地利用空间变化进行分析； 通过对研究区土地资料图像、历史水文资料的收集和土地利用状况的实地考察， 以及水质状况的监测和分析，对合肥土地利用与地下水变化的关系进行了初步 的探讨；运用污染因子分析，并利用s p s s 、g i s 等相关软件对该地区的污染物 质的来源进行研究。得出主要结论如下： 1 ) 合肥市研究区土地类型可分为农用地( 耕地和园地) 、林地、草地、水域、 建设用地和未利用土地6 类；数字化结果显示农用地面积最大，为1 4 1 1 9k m 2 ， 其它依次是建设用地4 7 4 4k m 2 ，水域3 0 7 8k m 2 ，林地1 0 3 6k m 2 ，草地1 8 6k m 2 和未利用地5 3k m 2 。 2 1 不同土地利用方式下的水化学类型不同。农用地的主要水化学类型： c a c 1 、n a c 1 、c a h c 0 3 、n a h c 0 3 、c a s 0 4 、n a - s 0 4 、m g - h c 0 3 ；建设用地 的水化学类型为：c a c l 、n a c l 、c a h c 0 3 、n a h c 0 3 、c a s 0 4 ；林地、草地 和未利用地的水化学类型为c a h c 0 3 、n a h c 0 3 。 3 1 土地利用类型对地下水n 0 3 - n 含量分布影响较大。n 0 3 。一n 浓度最大值 为1 9 0 8 1m g l ，位于农用地中，农用地中n 0 3 。n 平均值为1 1 9 4 m g l 。按其 平均值由大到小排序，依次是农用地、建设用地、林地、未利用地和草地。 4 1 利用s p s s 软件对研究区内的地下水样进行因子分析和相关分析，并且 选取p h 、c a 2 + 、m 9 2 + 、n a + 、k + 、h c 0 3 。、c l 。、f 、s 0 4 扣、n 0 3 - n 、p 0 4 扣、t d s 、 f e 、m n 共1 4 项指标作为分析的变量，从而揭示水化学特征成因。结果表明： 不同土地利用方式下都得到四个因子。地下水水化学特征主要受人类作用和自 然作用的影响。农用地地下水体现了人类作用影响的贡献率为5 3 、自然作用 的贡献率为2 l 。建设用地下水体现人为污染影响的贡献率为4 6 、自然作用 的贡献率为2 3 。林地地下水的人类作用导致的贡献率为5 7 、自然作用的贡 献率为2 0 。表明不同土地利用方式对应的地下水成因有所差异。 关键字：土地利用地下水水质合肥市区 因子分析 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y ，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni sp a i do n e f f e c to fl a n du s ea n du r b a n i z a t i o no ne n v i r o n m e n t b u tt h er e s e a r c ha b o u te f f e c to n g r o u n d w a t e ri sl i m i t e d g r o u n d w a t e ri sa ni m p o r t a n tp a r to fw a t e rr e s o u r c e so f h e f e iw h i c hh a sr e s t r a i n e dt h el a n du s eo fh e f e i i nt h i sr e s e a r c h ，l a n du s es p a t i a l v a r i a t i o nd u et ou r b a n i z a t i o na r e a n a l y z e da c c o r d i n g t oh e f e i g r o u n d w a t e r i n f o r m a t i o na n dd a t a t h r o u g hi n f o r m a t i o no ft h el a n du s ei m a g e ，h i s t o r i c a l h y d r o l o g i c a ld a t aa n dl a n du s ef i e l dt r i p sd a t a ，a n dt h ew a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n ga n d a n a l y s i s ，r e l a t i o n s h i pb e t w e e nh e f e il a n du s ea n dg r o u n d w a t e ri ss t u d i e di na p r e l i m i n a r y t h ep o l l u t a n ts o u r c e si nt h ea r e aa r ei n v e s t i g a t e du t i l i z i n gs p s sa n d g i st e c h n i q u e r e s u l t sa r ed r a w na sf o l l o w s ： 1 ) l a n du s eo fh e f e ic a nb ec l a s s i f i e di n t os i xt y p e s ，i n c l u d i n ga g r i c u l t u r a l l a n d ，c o n s t r u c t i o nl a n d ，f o r e s tl a n d ，g r a s sl a n d ，w a t e ra r e aa n du n u s e dl a n d d i g i t a l r e s u l ts h o w sa g r i c u l t u r a ll a n di st h el a r g e s ta r e aw h i c hi s1411 9 k m 上f o l l o w e db y c o n s t r u c t i o nl a n d4 7 4 4k m z ，w a t e r s3 0 7 8k m z ，f o r e s tl a n d10 3 6k m z ，g r a s sl a n d 18 6k m 2 ，a n du n u s e dl a n d5 3k m 2 2 ) h y d r o c h e m i s t r yt y p e sa r ed i f f e r e n ti nd i f f e r e n tl a n du s e s h y d r o c h e m i s t r y t y p e si na g r i c u l t u r a ll a n da r ec a c i ，n a - c 1 ，c a h c 0 3 ，n a h c 0 3 ，c a s 0 4 ，n a s 0 4 ， m g - h c 0 3 ；h y d r o c h e m i s t r yt y p e si nc o n s t r u c t i o nl a n da r ec a c i 、n a c 1 、c a h c 0 3 、 n a h c 0 3 、c a s 0 4 ；h y d r o c h e m i s t r yt y p e si nf o r e s ta n dg r a s sl a n da r ec a h c 0 3 、 n a - h c 0 3 3 ) l a n du s e sh a v el a r g ee f f e c t so nn 0 3 - nc o n t e n td i s t r i b u t i n gi ng r o u n d w a t e r t h em a x i m u mn 0 3 - nc o n t e n ti sf o u n di na g r i c u l t u r a ll a n dw h i c hi s1 9 0 8 1 m g l ， a n dt h ea v e r a g en 0 3 - - nc o n t e n ti na g r i c u l t u r a ll a n di s11 9 4m g l a c c o r d i n gt o t h e i ra v e r a g ev a l u ed e s c e n d i n go r d e r ，f o l l o w e db ya g r i c u l t u r a ll a n d ，c o n s t r u c t i o n l a n d ，f o r e s tl a n d ，u n u s e dl a n da n dg r a s s l a n d 4 ) f a c t o ra n a l y s i sa n dc o r r e l a t i o na n a l y s i so fg r o u n d w a t e rs a m p l e sa r es t u d i e d u s i n gs p s ss o f t w a r ea n dp h ，c a 2 + ，m 9 2 + ，n a + ，k + ，h c 0 3 。，c i 。，f ，s 0 4 2 ，n 0 3 - n ， p 0 4 3 ，t d s ，f ea n dm na r eu s e da sa n a l y t i c a lv a r i a b l e s ot h a tt h ec a u s e so f c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f w a t e rc a nb er e v e a l e d r e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea r ef o u r f a c t o r sn om a t t e ri nw h i c hl a n du s e s c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fg r o u n d w a t e ra r e c a nb ef o u n dt h a th u m a na c t i v i t i e sc o n t r i b u t e53 a n dn a t u r a lr o l e sc o n t r i b u t e21 i na g r i c u l t u r a ll a n d i nc o n s t r u c t i o nl a n d ，h u m a na c t i v i t i e s c o n t r i b u t e4 6 a n d n a t u r a lc h e m i c a lw e a t h e r i n gc o n t r i b u t e23 i nf o r e s tl a n d ，h u m a n a c t i v i t i e s c o n t r i b u t e5 7 a n dn a t u r a lr o l e sc o n t r i b u t e2 0 k e y w o r d s ：l a n du s e ；g r o u n d w a t e rq u a l i t y ；h e f e i ；f a c t o ra n a l y s i s 致谢 本论文自选题到定稿都是在导师钱家忠教授的指导下完成。导师广博的知 识、严谨的科学态度、孜孜不倦的敬业精神、勇于开拓的创新精神以及为人师 表的工作风范都将使我终身受益，并将激励我在今后的人生中努力奋进。三年 的硕士求学过程中，钱老师不仅给予了学习工作上的大力支持，更是在生活上 给予我无微不至的关怀。在论文完成之际，谨向导师表示我最衷心的感谢和最 诚挚的敬意! 衷心感谢硕士研究生期间传道、授业、解惑的汪加权老师、孙世群老师、 陈天虎老师、刘桂建老师、赵卫东老师等，老师在百忙之中给了无私的指导和 帮助，并提出了许多宝贵的意见，在此表示诚挚的感谢! 感谢王璐璐博士和马雷博士在试验和论文写作过程中给予的极大帮助；感 谢杜小虎、孙莉琴、张云风、叶良涛、孟磊等2 1 4 室的全体同学的大力支持和 帮助，感谢硕士期间携手共进的同学和朋友们，向他们表示衷心的感谢，我们 一起度过的美好时光令我难以忘怀! 最后，我要感谢我的父母，我的家人，感谢他们自始至终对我默默的支持 和关怀，我会在今后通过不断的努力来报答他们。 感谢论文评审委员和答辩委员对论文的批评和指正! 第一章绪论。1 1 1 选题背景一1 1 2 研究目的及意义一2 1 2 1 研究目的2 1 2 2 研究意义2 1 3 国内外研究现状3 1 3 1 国外研究状况3 1 3 2 国内研究进展4 1 4 主要研究内容6 1 4 1 研究内容6 第二章合肥市自然条件与研究区土地利用状况7 2 1 研究区自然地理概况7 2 1 1 地理区位7 2 1 2 地形地貌7 2 1 3 土壤8 2 1 4 植被8 2 1 5 气候条件8 2 1 6 合肥水系1 l 2 2 合肥地质概况1 3 2 2 1 合肥地层岩性1 3 2 2 2 合肥水文地质1 3 2 2 3 地下水的补给、排泄和径流1 4 2 3 研究区土地利用状况1 4 2 3 1 数据采集1 4 2 3 2 土地利用分布特征1 7 第三章不同土地利用方式下地下水化学性质2 2 3 1 不同土地利用方式下各指标的空间变化特征一2 2 3 1 1 不同土地利用下p h 值空间分布特征2 2 3 1 2 不同土地利用下地下水常见离子含量2 3 3 2 研究区地下水化学类型与土地利用的关系3 0 3 3 不同土地利用类型的氮素分析3 2 3 3 1 氮素的基本特征3 2 3 3 2 三氮空间分布特征与土地利用之间的关系3 3 第四章地下水污染源研究。4 l 4 1 应用因子分析方法研究地下水水化学特征4 l 4 1 1 因子分析概念4 1 4 2 因子分析方法应用于研究区内不同类型土地4 2 4 2 1 因子分析法应用于农用地4 2 4 2 2 因子分析法应用于建设用地4 9 4 2 3 因子分析法应用于林地5 2 4 2 4 因子分析方法应用不同土地利用时源解析结果比较5 2 4 3 因子得分分析5 5 4 4 本章小结j 6 1 第五章结论和建议6 3 5 1 主要结论6 3 5 2 进一步工作建议6 4 参考文献6 6 图2 1 研究区地理位置图7 图2 2 合肥各月平均降水量图1 0 图2 3 合肥水系图1 2 图2 4 土地利用空间分布图1 6 图2 5 研究区地下水样点分布图1 7 图2 - 6 各行政区内土地利用情况2 0 图2 7 合肥城市扩大步骤2 1 图3 1 研究区地下水中p h 空间分布与土地利用的关系2 2 图3 - 2c i 。空间分布与土地利用的关系2 3 图3 3s 0 4 2 - 空间分布与土地利用的关系2 4 图3 - 4h c 0 3 的空间分布特征与土地利用的关系2 5 图3 5c a 2 + 空间分布特征与土地利用类型的关系2 6 图3 - 6m 9 2 + 空间分布特征与土地利用类型的关系2 6 图3 7n a + 空间分布特征与土地利用类型的关系2 7 图3 - 8 总硬度空间分布特征与土地利用类型的关系一2 8 图3 - 9 研究区地下水常规离子p i p o r 三线图3 1 图3 1 0 地下水中n 0 3 n 在研究区内空间分布特征3 5 图3 1 1 地下水中n 0 2 - n 在研究区内空间分特征3 8 图3 1 2 地下水中n h 4 + - n 在研究区内空间分特征3 9 图4 1 地下水中c a s 0 4 ( a ) 和n a c i ( b ) 关系图5 3 图4 2 因子l 得分等值线图5 8 图4 3 因子2 得分等值线图5 9 图4 4 因子3 得分等值线图6 0 图4 5 因子4 得分等值线图6 0 插表清单 表2 1 合肥年基本气候9 表2 2 合肥近年内降雨量统计1 0 表2 3 土地利用分类系统1 5 表2 4 各土地利用类型面积1 7 表2 5 不同行政区内土地利用方式2 0 表3 1 不同土地利用情况下地下水各项化学指标比较2 9 表3 2 不同土地利用类型的地下水化学类型3 2 表3 3 地下水质量标准( g b t 1 4 8 4 8 1 9 9 3 ) r a gl 一3 3 表3 4 所取地下水三氮浓度分级表个3 3 表3 5 不同土地利用条件下n o a - n 浓度( m g l ) 3 4 表3 - 6 不同土地利用条件下n 0 2 。n 浓度( r a g l ) 3 7 表3 7 不同土地利用条件下n h 4 + - n 浓度( m g l ) 3 9 表4 1 农用地地区水化学成分相关系数4 3 表4 2 农用地地区水化学成分相关矩阵的特征值和方差贡献率4 4 表4 3 农用地地区水化学成分的方差极大旋转因子载荷矩阵4 4 表4 4 建设用地地区水化学成分相关系数4 7 表4 5 建设地地区水化学成分相关矩阵的特征值和方差贡献率4 8 表4 6 建设用地地区水化学成分的方差极大旋转因子载荷矩阵4 8 表4 7 林地地区水化学成分相关系数5 0 表4 8 林地地区水化学成分相关矩阵的特征值和方差贡献率一5 1 表4 9 林地地地区水化学成分的方差极大旋转因子载荷矩阵5 1 表4 1 0 不同土地利用类型因子分析结果比较5 2 表4 1 1 研究区水化学成分相关系数5 6 表4 1 2 研究区水化学成分相关矩阵的特征值和方差贡献率_ 5 7 表4 1 3 研究区水化学成分的方差极大旋转因子载荷矩阵5 7 第一章绪论 1 1 选题背景 土地利用的环境效应研究是目前土地利用研究的一个重点内容。土地利用 研究开始于2 0 世纪9 0 年代，正式开始是在1 9 9 5 年国际地圈生物圈计划和全 球环境变化的人文因素计划联合发表的土地利用研究计划时。国际地圈一生物圈 与全球环境变化的人文因素计划所确立的土地利用计划中，其中一个主要的研 究方向就是土地利用对水资源的影响f i - 2 l 。水资源问题制约着很多国家和社会地 区经济的发展。研究土地利用对地下水的水量、水质、水循环影响已成为土地 利用的环境效应方面的重要研究课题。 土地利用方式的改变和土地覆盖的变化，使得营养元素及悬浮物进入水体 的数量增加，导致水体的富营养化和污染。目前，土地利用对水质的影响备受 关注，虽然对于点污染源有所控制和一些治理，但是水体的富营养化程度及污 染情况并没有明显的好转，这就使得人们重视研究非点源。 土地利用的变化会引起区域植被生态系统的改变，从而对区域水文循环过 程产生显著影响 3 - 5 。区域土地利用方式的改变对水文过程的影响和水文对于植 物覆盖组成结构变化的响应也是近年来有关水文的科学研究的热点。 在人类对自然资源进行开发利用的时候，需要思考三个事实【6 】：土地利用 对水有很强依赖性；水主要用于植物生产；水的各种功能与水循环整体性的综 合影响造成环境变化。所以在分析和考虑未来环境的变化时应该把土地和水视 作互相作用的两个资源系统，应该要充分的关注水循环过程的整体性。土地利 用对地下水的影响体现在多方面，比如补给、水质、水位，结果会导致影响地 表水水质【7 1 。 目前有关土地利用方式的改变对地下水的影响研究有很多，大量研究结果 8 - 1 0 1 反应出土地利用的变化对流域水文过程的影响，在不同地方由于具有不同 的地域特征，需要进行典型区域的实践研究，寻找和建立土地利用变化与地下 水系统的关系的一套理论体系。 地下水资源作为水资源的重要组成部分，同时也是许多城市尤其是干旱、 半干旱地区的重要水资源，而且在全球气候日趋变暖、干旱逐渐加剧、地表径 流逐渐减少的情况下，地下水资源将是区域社会经济的发展的重要制约因素。 土地利用对水资源的影响主要是体现在土地利用变化影响水文循环过程和水文 循环过程中某一些因素，主要是通过影响蒸发、入渗、补给等对地表水与地下 水的运动产生作用，导致水资源的数量和质量在时间、空间上发生变化。在许 多地区，由于缺乏地表水资源，且地下水超采的严重，地下水资源短缺已成为 当地社会经济发展的一个重要制约因素。研究土地利用变化和地下水资源的关 系，探讨土地利用变化对地下水资源的影响，能够为区域水土资源可持续发展 利用提供科学的依据。 1 2 研究目的及意义 1 2 1 研究目的 作为地球的重要组成部分之 生存的必不可少资源。随着人口 水的需求伴随着人口的增长、经 列的问题，水资源短缺即是其中 分的地下水，由于其水质较好，分布广泛且便于利用，便成了人类理想的供水 水源【l 。城市化是人类发展的一个必然趋势，也是一个国家走向现代化的必经 阶段。近数十年来，城市化进程迅猛，由此出现了一系列严重的城市生态环境 问题，如水资源危机、水质恶化。随着我国经济的快速发展，土地利用方式发 生较大变化，由此对环境产生了很多影响。今年来有关土地利用对环境的影响 的研究主要是关于土地利用对土壤的影响 1 2 - 1 3 】。虽然土地利用方式变化对水质 影响的研究有一些，但是在这方面仍需要加强【1 4 1 5 1 ，特别是土地利用方式变化 对地下水的影响的研究室更是很少。长期以来，人们将地下水当做一种宝贵的 资源加以利用。但是随着地下水大范围的应用在日常的生活中，人们逐渐认识 到地下水也是复杂生态环境系统中的一个敏感子系统，是生态环境中一个非常 重要的因子，生态环境系统的天然平衡状态往往会收到地下水变化的影响。 地下水与地表水不同，因为地下水在受到污染以后，它所产生的环境影响 在短期内不容易修复【1 6 】。地下水的修复时间往往需要几百年或者更长，因为地 下水中的污染物很难降解。我国地下水作为人们生存的重要水资源之一，特别 是在一些城市地下水还是唯一的水资源，因此对于土地利用对地下水产生的影 响不容忽视。研究目的是对区域地下水水化学特征进行分析以找到污染源，并 进一步对污染源解析从而为更好的控制和治理地下水 1 2 2 研究意义 地下水是国民经济和社会发展的重要资源，也是地球表层系统中最活跃的 环境因子。随着社会经济的发展，土地利用对地下水系统的影响问题越来越受 到人们的关注，成为国内外水文地质领域研究的热点之一。合肥是安徽省的省 会城市，近年来城市化速度很快，土地利用方式的空间格局发生剧烈变化，土 地覆盖的演化过程和机制有着不同于我国其他地区的特殊规律，研究土地利用 的地下水水文效应在空间上的差异性，认识土地利用变化对地下水系统的作用 与区域地下水资源的空间变化特征，对合肥水资源合理利用规划与管理有重要 的应用前景。 2 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究状况 世晃许多城市以地下水作为部分甚至唯一的供水水源，地下水在城市发展 中扮演越来越重要的角色。土地利用与城市化对地下水的影响分析包括地下水 化学特征分析、地下水污染源的解析、地下水流系统变化分析、地下水水文效 应分析、地下水承载能力的影响分析、地下水时空变异性分析、地下水资源分 析等。 国内外对于土地利用与城市化对地下水的影响研究一直在进行并取得了一 定的成果。城市化引起的土地利用方式的改变破坏了水的自然循环过程，使地 下水径流、补给、排泄发生变化。2 0 世纪8 0 年代以来，英国地质调查局等单 位在全球不同地区进行了城市化对地下水水质的影响研究【1 7 2 4 1 ，这些研究主要 剖析全球城市化趋势影响下不同地区城市地下水环境问题，定性揭示了城市化 对地下水水质的负面影响。s h i n i c h io n o d e r a 等【2 5 】对曼谷和雅加达城市化对地 下水影响分析时，城市化影响了地下水污染物质的迁移，使污染物由海水和浅 层地下水进入深层并将污染物带入深层。t a k e s h ih a y a s h i a 等【2 6 】研究日本东京城 市化对含水层系统的影响，随着逐年的城市化发现液压水头正在逐年的下降， 虽然近年来限制了地下水的开采从而使地下水位恢复但这就导致地下结构发生 了变化，这样就有可能对将来产生更大的影响。z i l b e r b r a n dm 【2 7 】研究了特拉维 夫( 以色列港市) 城市化造成的对地下水水化学变化，结果发现地下水中的气体 成分和浓度都发生了变化。d a h l h a u spg 2 8 】在澳大利亚的许多流域已经找到了 原生植被、地下水位抬升及河水盐度与土地利用增加之间的联系。在过去的1 5 0 年，流域内相当一部分地区，大片的森林因农业开垦而消失。a b r h a m t 2 9 研究南 埃塞俄比亚的一个城镇土地利用和城市化对水文化学与地下水污染的影响时， 得出人类地下水的污染确定是农村周边的点源和非点源污染。相对于岩溶的影 响，城镇周边的地下水表现出更受城市化和土地利用以及人类作用的影响，发 现新城区的水化学类型主要是c a m g n a h c 0 3 ， 而老城区的为 c a m g n a n 0 3 c i ，揭示了城镇周边地下水已经被高浓度硝酸盐、氯盐和硬度 污染。有关土地利用利用对地下水的影响研究也有一些【3 0 。3 7 1 ，而且这些研究主 要是对区域地下水问题进行的。 j e o n gch 【3 8 】对南朝鲜大田土地利用与城市化对地下水造成的污染和水化 学特征进行了分析，找出了该区域地下水的主要类型，通过因子分析方法得出 地下水中的离子既来自于自然条件同时也有人为的污染。p r i y a n t h ars 等l j 州研 究沿海含水层地下水随土地利用的变化，发现在干旱区采伐森林会导致地下水 补给量增加，因为森林减少会引起蒸腾水量的减少，或者说森林减少会导致径 流量减少，当干旱指数小于6 0 时，农业用地比其他用地方式的地下水的补给量 要高。z h a n gy k 等【4 0 】研究土地覆盖对地下水水位和补给的影响，发现覆盖草 坪的土地由于土壤水分蒸发蒸腾损失使得地下水位低，土壤湿度低，因此对于 地下水的补给也较低。在没有草坪覆盖的土地上，在大量降雨之后地下水补给 量相对有草坪地较多。由于土壤水分蒸发量的减少和地下水补给的增加，相对 于单一的分水岭，露天矿采空区分水岭会产生更多的基流和化学物质。w o ojc 等【4 1 】对韩国农村区域土地利用类型对非承压地下水中硝酸盐浓度和氮1 5 的影 响进行了研究，在不同土地利用的方式下，即非污染的自然区、庄稼区、庄稼 与牧场的混合区域和居民区，硝酸盐氮超过饮用标准1 0 m g nl 。1 的百分比分别 是o ，2 3 ，4 3 和6 7 ，长期的监测数据显示，非承压地下水易受土地利用活动 的影响。e u n i c em a i ad ea 等f 4 2 】利用多元统计技术和集群分析对土地利用对冲 积含水层成分的影响，分析了畜牧用地和居民用地，发现在低地也就是人类居 住地的地下水中的主要成分是和溶解性盐和营养盐( 高浓度的n 0 3 n ，n h 4 - n ) 为主，表明了人类活动的影响。 1 3 2 国内研究进展 有关地下水水化学特征分析的研究方法有很多，目前的研究大多是p i p e r 三线图进行水化学类型分析和源解析，利用s p s s 进行的因子分析方法、还有遗 传神经网络方法、模糊评价法，另外还有利用一些软件技术进行的统计方法 4 3 - 4 s 】。还有利用其他方法对地下水化学类型进行专门的研究【4 6 1 。于开宁【4 7 】研究 以三个典型示范城市为例，具体探讨了城市化对地下水补给与地下水流系统的 影响，认为，城市化会引起地下水补给量的增加但城市大规模和经常性毫无节 制地开采地下水可产生明显的地下水位下降、地面沉降和盐水入侵而导致地下 水流系统的剧烈改变。张志华研究济南市城市化发现城市化对地下水产生两个 主要的影响：一是地下水超量开采造成地下水位下降；二是城市不透水面积增 加，降雨入渗对地下水的补给量减少【4 引。王裕德【4 9 】以贵州喀斯特区的城市环境 为例，讨论了城市水文效应及城市水环境。王静等【5 0 】对南京城市化对地下水的 研究发现，由于城市化南京浅层地下水污染已达轻度到中度，不适于作为饮用 水源。于开宁等 4 1 1 研究了城市化对地下水水质的正负效应，城市化水平的提高， 有助于改善地下水水质，但却易于加剧地下水盐污染。于开宁等【5 i 】通过分析城 市化影响地下水补给的时空效应发现城市化会导致地下水补给量的增加。翟晓 丽等【5 2 】通过对城市化带来的地下水承载能力破坏的概述，指出城市化发展应 “量水而行”，同时城市用水应注意开源节流。土地利用变化的环境效应日益引 起人们的关注，其中的水文效应已成为重点研究区域。随着社会经济的发展， 土地利用对地下水系统的影响问题越来越受到人们的关注。 张勃等【”】研究黑河中下游地区土地利用对地下水水文效应。土地利用方式 改变了地下水循环路径和水质，尤其是随着工业化和城镇化速度的加快、农业 用水方式的变化，都改变了地下水系统的天然循环路径和方式。赵杨等p 4 j 探讨 土地利用方式对地下水硝态氮含量的影响，不同土地利用方式下浅层地下水中 4 n 0 3 - n 含量出现较大差异，与林地相比，城市生活用地、耕地和工业用地的地 下水硝态氮平均含量分别增加2 4 7 倍、3 8 8 倍和2 2 5 倍。虽然地下水水质天 然条件下主要的影响因素是地下水与岩石作用【5 5 1 ，但是土地利用一定程度上对 地下水水质是会产生影响的 5 6 - 5 9 】。贾亚男通过对水城盆地的土地利用方式与岩 溶水水质相互影响研究发现岩溶水质对土地利用变化有很强响应【叫。蒋勇军等 对云南小江流域的研究也得出类似的结果【6 1 1 。贾亚男1 6 2 】等对桂林东区土地利用 变化对浅层岩溶地下水质的影响进行分析表明，该地区岩溶水化学含量的高值 分布区与土地利用的高强度分布中心表现出高度的一致性。王根绪【6 列等探讨黑 河流域土地利用变化对地下水资源影响，结果表明，随土地利用与覆被变化强 度不同，前后1 5 年土地利用变化对地下水系统补给的影响分别达到2 6 0 2 亿 m 3 a 和0 2 1 8 亿m 3 a ，对排泄系统的影响分别为2 0 3 5 亿m a 和4 9 1 亿m a ， 在保持区域人工开采量不超过的合理幅度下，土地利用变化对区域地下水资源 变化起着决定作用。马兴旺等脚】利用数值模拟分析民勤绿洲，如果保持以耕地 为主要土地利用方式，地表来水很少而大量超采地下水的民勤绿洲现状土地利 用模式，则绿洲内部地下水埋深会进一步下降，并且下降范围会逐渐向绿洲边 缘扩大，这必然会加剧绿洲荒漠化，使绿洲的资源与环境问题愈加严重。马兴 旺等【6 5 】定量评估了绿洲地下水矿化度时空变化对土地利用的响应，用g i s 和 f e f l o w 结合计算说明证实预测的地下水矿化度变化趋势与历史上类似的土 地利用引起的地下水矿化度结果是比较符合的，而且说明目前的土地利用模式 发展下去会导致地下水矿化度的上升，将导致土地盐渍化程度加重，从而影响 到土地利用。许月卿【6 6 】以河北平原为例研究土地利用对地下水位的影响，农业 用水是引起河北平原地下水位下降的主要因素，其次是工业用水和生活用水。 小麦引起的地下水位下降幅度最大，谷子最小。贾亚男等【6 7 】研究涪陵丛林岩溶 槽谷区的土地利用对埋藏型岩溶区岩溶水质的影响，发现研究区水质2 0 年来的 变化以及水质的空间变异与土地利用有很大的相关性；其中集约化的农业耕作、 炸石填土增加土地面积、利用落水洞排放污水和独特的微型稻田水位控制设施 对岩溶地下水水质产生显著影响。郭芳等【6 8 】探讨湖南湘西峒河流域土地利用方 式与地下水水质的关系，受居民点影响的岩溶地下水中k 十、n a 十、c i 。、s 0 4 加 和n 0 3 。浓度最大，受耕地但不受居民点影响的岩溶地下水中这5 类离子浓度 居中，不受耕地和居民点影响的岩溶地下水中最低，表明土地利用方式对岩溶 地下水水质影响明显。同样的研究和结论在陈干的论文中也提到了【6 引。李新波 等f 7 0 】运用g i s 空间分析功能研究河北曲周县的土地利用对地下水资源影响，分 析可知地下水位下降的原因主要是因为粮食作物和蔬菜的产量增加造成的，而 实际上作物产量增加是农业土地利用集约程度加强的最终结果。 1 4 主要研究内容 1 4 1 研究内容 本文得到国家自然科学基金( 4 0 8 7 2 1 6 6 ) 以及合肥工业大学创新群体计划 项目( 2 0 0 9 h g c x 0 2 3 3 ) 的支持，根据已有的合肥地区地下水资料及数据，对 合肥城市化水平和地下水污染态势的分析，对城市化影响地下水水质的机理进 行了探讨以揭示城市化与地下水各方面之间的相互影响规律：通过对研究区土 地资料图像、历史水文资料的收集和土地利用状况的实地考察，以及现在水质 状况的监测和分析，对合肥土地利用与地下水变化的关系进行了初步的探讨； 运用污染因子分析，并利用s p s s 、g i s 等相关软件对该地区的污染物质的来源 进行研究。基于上述研究结果，阐明地下水污染源，揭示城市化和土地利用影 响地下水水质的机理。 6 第二章合肥市自然条件与研究区土地利用状况 2 1 研究区自然地理概况 2 1 1 地理区位 合肥市位于安徽省中部，江淮分水岭南侧面、巢湖北岸，地理坐标在北纬 3 1 。5 l ，、东经1 1 7 0 1 8 ，通过南淝河通江达海，具有承东启西、接连中原、贯通 南北的重要区位优势，是安徽省的政治、经济和文化中心【7 1 1 。合肥市下辖包河、 蜀山、庐阳和瑶海4 个区，肥东、肥西、长丰3 个县，2 0 1 0 年辖区总面积7 0 2 9 4 8 平方公里。其中市区面积8 3 8 5 2 平方公里。2 0 0 7 年，合肥市市域户籍人口4 7 8 9 0 万人。其中，非农人口2 0 3 7 3 万人，占总人口的4 2 6 。加上暂住人口，合肥 市城镇化率约为5 1 5 ，处于城市化加速期( 3 0 - 7 0 ) 。 图2 1 研究区地理位置图 2 1 2 地形地貌 合肥市地处江淮丘陵的南部，合肥地貌以河湖低洼平原与波状残丘为主。 地形是岗地和坳谷相连。地势在西北和西南相对较高，而在东北和东南地势相 对较低。合肥海拔高程大部分是1 4 4 5 m ，合肥海拔最高的地方大蜀山山峰海拔 7 为2 8 2 m 。 合肥市区的地貌具有下面的几个基本特征： 第一，地势特点是，西北高东南低。西郊大蜀山由平地突起，山峰高2 8 2 米，是市区海拔最高点。大蜀山周围和西北端的三十岗一带，地势较高，海拔 在5 0 米左右。往东南地势逐渐降低，大部分地区海拔在2 0 5 0 米之间，南淝 河及其支流沿岸地带降到1 5 米左右。东南部的大圩、义城一带海拔在大都在 1 5 米以下。巢湖沿岸海拔仅3 5 米，是合肥最低的地方。 第二，地貌波状起伏。除了湖滨平原与河谷平原相对较平坦外，大部分地 区长期因受流水切割，地面呈岗冲相间、波状起伏的形态。岗冲方向以南北向 和北东向为主，也有少数呈北西向。 第三，侵蚀堆积地形和堆积地形为主。晚更新世，合肥市及其附近地壳缓 慢下降。大部分地区广泛堆积了厚度为3 0 - - 4 0 米的晚更新世的堆积物，受后期 流水切割，发育成为岗冲相间、波状起伏的缓低岗。南淝河两侧及其下游地 区发育成河谷平原和湖滨平原，由全新世的松散的堆积物组成，其厚度一般为 4 0 - 5 0 米。 2 1 3 土壤 合肥市土壤主要类型是黄棕壤和水稻土土壤，其它还有部分的石灰岩土、 紫色土和砂黑土。合肥市土壤对于各种作物的生长都较适宜，酸碱度一般是中 性偏酸。合肥土地利用整体情况是农业用地占据了大量面积，且农作物是植被 覆盖主要植物，林地所占面积较少。建国以前，合肥山地种植物比较少，水土 流失的情形较严重；波状丘陵地带林地甚少。因此以前合肥的主要色块就是灰 色和黄褐色。建国以后，由于对绿化景观的重视而人工植树造林，森林覆盖率 逐渐扩大。 2 1 4 植被 合肥植被包括农作物和森林两个主要方面。而农作物主要以稻谷、麦类、 豆类为主，另外还有部分瓜果蔬菜、薯类、油菜、棉花、玉米等。森林方面， 森林植被的主要类型有落叶树种和常绿树种共同组成的混交林，是全市主要森 林木植被类型。落叶树木主要以柳、榆、桐、椿、枫杨、槐为主，常绿树种主 要有以松、柏、女贞、松、柏、广玉兰为主；落叶树木主要以椿、枫杨、槐、