【京津冀城市群地下水储量变化特征分析案例6600字】

京津冀城市群地下水储量变化特征分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4409京津冀城市群地下水储量变化特征分析案例 1202991.1京津冀地下水储量动态变化结果 1146921.1.1京津冀整体地下水变化情况 1132791.1.2京津冀各城市地下水变化情况 3268881.2京津冀地下水储量变化空间相关性结果 4120131.2.1京津冀地下水变化全局自相关 4295861.2.2京津冀地下水变化局部自相关 5203121.3京津冀地下水储量变化影响因素探究 6145481.3.1京津冀各因子统计分析 6225651.3.2京津冀地下水变化与各因素相关性结果 11123751.3.3京津冀各因素对地下水变化的影响效果 14268811.4小结 151.1京津冀地下水储量动态变化结果1.1.1京津冀整体地下水变化情况从变化量来看（图4-1），2002年-2017年间，京津冀城市群地下水储量整体呈下降趋势，年均变化量为（-1.20±0.06）CM。在年度变化上，2004-2005年间地下水储量有短暂的回升，是由于当年降雨量相对较多，对地下水的补充大于消耗，其余年份地下水储量均在稳定下降；月度变化上的波动存在一定规律，一般8-9月地下水变化量为正值，而3-6月变化量基本为负值。京津冀城市群属季风气候，一年中往往夏季降雨量最大，地下水储量往往会在夏秋两季（8-9月）达到最大；冬季寒冷干燥，降雪量少，而春季雨水不足，干旱情况延续，导致缺水严重发生春旱（4-5月），地下水储量减少较多。图4-1GRACE反演京津冀城市群地下水储量时序变化从变化率来看，2002-2017年间，京津冀城市群整体地下水储量的变化率均为负值，呈现先增长再下降继而又提升再下降的过程（图4-2）。2004-2009年地下水减少速率突增，从-0.2CM/年变成-1.3CM/年。2010年后下降速率变缓，到2014年恢复至-0.7CM/年。由于该地是南水北调主要的供水区，在区域政策调控下，其地下水得到了一定程度的补充，对地下水的消耗减弱。但在2015年后下降率又开始增加，可能是因为在数据拟合时候边缘点附近的趋势会有偏差。因此本文在分析时，舍弃首尾年份，只取中段来进行分析。图4-2京津冀城市群地下水储量变化率1.1.2京津冀各城市地下水变化情况与京津冀城市群整体情况一致，2002-2017年各地级市的地下水储量均呈下降趋势，但不同城市之间差异明显，如图4-3所示。图4-3京津冀各地级市地下水储量时序变化情况从图中可以看出，2002年衡水市、沧州市和邢台市三个城市的地下水储量相对较多，邯郸市在城市群内最少，到2017年邯郸市、石家庄市和邢台市的地下水储量相对少，唐山市在城市群内最多。从变化量上看，邢台市、石家庄市和邯郸市地下水储量变化最为剧烈，地下水储量分别减少29.88CM、29.04CM、28.80CM；衡水市和保定市的地下水减少量也大于20CM，沧州市、张家口市、北京市、廊坊市、承德市和天津市的地下水储量减少在12-19CM；而唐山市和秦皇岛市的变化较小，地下水储量减少小于10CM。从平均下降速率上来看（图4-4），南部城市的下降程度强于北部城市，呈现由南向北依次减弱的状态。其中，邯郸市下降速率最为突出，达1.93CM/年，其次是邢台市和石家庄市，下降速率分别为1.81CM/年、1.78CM/年；保定市、衡水市和沧州市的下降速率也相对较快，处于1-1.75CM/年之间；北京市、张家口市、廊坊市和承德市的下降速率在0.83-0.97CM/年之间；唐山市、秦皇岛市、天津市的下降速率相对较小，小于0.75CM/年。另外从图中发现，城市之间的下降速率存在聚集性，由此，进一步从空间上挖掘其关联特征。图4-4京津冀各地级市地下水储量变化平均速率1.2京津冀地下水储量变化空间相关性结果基于京津冀城市群13个城市的水储量变化数据，分别计算全局和局部Moran'sI值，从时间和空间维度上对比京津冀城市群水储量变化情况的空间聚集性和异质性。1.2.1京津冀地下水变化全局自相关从全局莫兰指数结果来看（表4-1），2002-2017年Moran'sI值均为正数，说明京津冀区域地下水储量变化呈正相关分布。其中，2002、2007、2009、2011、2013-2014、2016-2017年p-value均小于0.01，置信度均在99%以上；2003-2005、2008、2010、2015年的z-score均大于1.65且p-value均小于0.1，置信度均在90%以上，说明京津冀城市群地下水储量变化分布存在空间集聚现象，代表各市之间的地下水变化情况受空间区位的影响较为显著。只有2006年和2012年没有通过显著性检验，2012年莫兰指数仅为0.079，地级市间呈现明显的随机现象。表4-1全局空间自相关检验结果年份Moran'sIz-scorep-value20020.613.680.0020030.161.650.0620040.261.780.0520050.432.800.0120060.060.800.2020070.493.210.0020080.282.220.0220090.503.000.0020100.382.500.0120110.553.570.0020120.080.920.1920130.553.430.0020140.462.940.0020150.372.440.0220160.661.110.0020170.423.280.00注：p<0.01，代表置信度>99%；p<0.05，代表置信度>95%；p<0.1，代表置信度>90%。1.2.2京津冀地下水变化局部自相关在全局存在空间自相关的基础上，通过局部LISA分布图分析区域内部的空间相关性，现选择典型LISA分布图展开阐述，如图4-5。在2002年-2017年等差距选取年份为例，可展现研究时段内发生的显著空间特征。从图中可以发现，地下水储量变化主要存在两种聚类关系：高高和低低（由于地下水储量变化值基本上均为负值，高值代表地下水储量减少得少，而低值代表地下水储量减少得多）。随时间推移，空间分布格局会发生一定的变化。2002年到2007年，中南部区域（石家庄市和衡水市）地下水减少的较少，呈现热点，而东北部地下水减少相对较多（承德市和唐山市），呈现冷点。2011年后，空间分布颠倒，热点区域集中在东北部（承德市、唐山市和天津市），冷点区域集中在南部（邢台市）。图4-5局部莫兰指数典型LISA图1.3京津冀地下水储量变化影响因素探究1.3.1京津冀各因子统计分析基于研究区地下水资源利用情况、地下水位驱动因素的相关研究成果，为挖掘城市群影响地下水变化的主导因素，从自然和人为因素两个方面，筛选了京津冀13个因子。在自然因素中，降雨量和地表水资源量是最直观与地下水储量相关的因子；而在人为因素中，人口增长、经济发展和各类用水量都是影响地下水变化的重要原因。通过各因子的变化情况分析，可以对地下水资源量消耗的影响有定性的了解。京津冀城市群在2002-2017年期间，各因子的统计情况如下：（1）城市群人口指标均呈稳定增长的趋势（图4-6，表4-2）。2002年京津冀城市群总人口数9098.38万人，到2017年增加至11247.22万人，平均增长率为162.8万/年。期间人口数一直呈现稳定上升趋势，在2009-2010年间增加较多，增加了近332.24万人。其中，北京市和天津市总人口数增加更快，平均每年增长量为58.7万和41.6万，而河北省除石家庄市外，每年的增量不足10万人。城镇人口数量的增长程度大于总人口，2002年到2017年，城镇人口从3353.5万人增长至7331.36万人，平均增长率为281.66万/年。在2003-2004年和2009-2010年发生突增，分别增加了502.4万和808.7万人。北京市和天津市的城镇人口增加快速，平均每年的增长量为60.4万和41.8万人，石家庄的城镇人口增加速度也较快，每年增量约33.7万人。由此可知，京津冀2002-2017年城镇人口的比例不断提升，从36.86%增长至65.21%。其中，北京和天津的城镇人口比例上升率分别为8.5%和10.8%，说明2002年后，河北省各地级市的人口城镇化率增长较为快速。图4-6京津冀城市群人口变化情况表4-2京津冀城市群2002-2017年人口指标情况总人口数/万城镇人口数/万城镇人口比例/%20022017增速/年20022017增速/年20022017增率/年北京市1423.22170.758.71110.9187860.478.186.58.5天津市1007.2155741.6726.9129141.772.282.910.8石家庄市9041088.012.6233.3670.632.225.861.635.8唐山市703789.75.9191.6486.821.727.761.731.0秦皇岛市270311.12.678.7180.15.629.257.928.7邯郸市850951.17.5135.8526.121.016.055.339.3邢台市664735.25.1251.1379.17.038.351.613.3保定市10701169.17.1168.2595.821.115.751.035.3张家口市412443.32.596.0247.99.823.355.932.6承德市323356.52.156.0180.88.717.450.733.3沧州市677755.55.6115.4395.226.617.052.335.3廊坊市384471.16.270.5277.312.818.458.540.1衡水市411446.02.4113.2225.76.927.550.623.1（2）城市群的经济产值指标均呈现不同程度的上升（图4-7）。2002-2017年间，总GDP从11623.28亿元增加至80663.26亿元，平均增长率为4897.9亿元/年；一产GDP、二产GDP、三产GDP分别从1196.1亿元、5201.65亿元、5222.49亿元增加至3413.13亿元、28772.34亿元、48477.79亿元，对应的平均增长率分别为202.4亿元/年、1778亿元/年、2918亿元/年；人均GDP从1.3万元/人增加至7.2万元/人，平均增长率为0.4万元/人/年。由此可知，21世纪后，京津冀社会经济进入快速发展阶段，三产GDP值增长速度将近二产GDP的2倍、一产GDP的15倍，以第三产业拉动经济发展的格局已经形成。图4-7京津冀城市群GDP值情况京津冀各城市的经济指标如下表4-3所示。2002-2017年，北京市和天津市的总GDP增速远大于河北省各地级市，分别为1657.7亿元/年和1221.5亿元/年。2017年北京市三产GDP值占其总经济产值的比例高达80.6%，比2002年占比增加了18.4%，天津市和河北的部分城市，如石家庄市、廊坊市、张家口市和秦皇岛市在2017年三产GDP的比例也达到了50%以上。一产GDP的占比除，秦皇岛市和张家口市之外，均呈现减少的趋势，其中唐山市和沧州市占比下降了9%以上。二产GDP的占比，除唐山市仍呈现增加外，其余城市均有不同程度的下降，北京市、廊坊市、衡水市和天津市的二产GDP占比下降了8%以上。2002-2017年，北京市、天津市和唐山市的人均GDP增长量排前三位，分别为10.6万元/人/年、9.9万元/人/年、7.5万元/人/年。表4-3京津冀城市群2002-2017年经济指标情况总GDP/亿各产业GDP占比变化/%人均GDP/万/人20022017增速/年一产二产三产20022017增量北京市3212.7280001657.7-2.6-15.818.42.312.910.6天津市2051.2185951221.5-2.9-8.010.92.011.99.9石家庄市1186.86177351.4-6.8-3.29.91.36.01.68唐山市1102.36530415.1-9.81.05.81.69.17.5秦皇岛市335.7150077.40.4-2.72.31.21.83.6邯郸市653.23379203.0-6.9-0.97.80.83.62.8邢台市439.42090110.7-7.4-7.311.70.62.82.2保定市823.53450199.9-7.00.76.30.83.12.3张家口市278.4142790.71.2-7.76.50.63.22.6承德市200.0146596.3-3.1-1.71.80.61.23.6沧州市531.33643221.2-9.0-0.59.50.85.11.3廊坊市460.02881168.1-8.5-10.519.01.23.11.9衡水市348.9152376.1-1.8-9.113.90.83.42.6（3）城市群用水情况各项指标基本保持稳定，稍有下降或上升的趋势（图4-8）。2002年京津冀城市群总用水量为266亿立方米，农业、工业及生活用水量分别占67%、11%、15.5%；2017年京津冀城市群总用水量总计243亿立方米，农业、工业及生活用水量分别占56%、12%、18.8%。农业用水量在京津冀城市群用水量中一直占有较大比重，说明农业发展水平仍是其水资源演变的重要影响因素。2017年比2002年总用水量减少约23亿立方米。其中，农业用水量减少最为明显，平均每年有2.5亿立方米的用量缩减，工业用水量的占比最小，除2002-2004年从30亿立方米增加至39亿立方米的阶段外，之后的工业用水也在逐步减少，下降速率约为每年0.3亿立方米。2002-2017年，随着人口的快速增加，生活用水量相应呈现上升趋势，平均以每年0.36亿立方米的速度增加。图4-8京津冀城市群用水情况京津冀各城市的用水情况指标如下表4-4所示。2002-2017年，除北京市和天津市的总用水量增加外，河北省各地级市均在减少。农业用水量都在减少，但邯郸市和张家口市的农业用水占比却分别增加1.5%和2.9%。工业用水量和生活用水量的变化量和占比在各城市中并没有呈现出明显的规律。表4-4京津冀城市群2002-2017年用水指标情况总用水量/亿m3农业用水量工业用水量生活用水量20022017变化量变化量/亿m3占比变化/%变化量/亿m3占比变化/%变化量/亿m3占比变化/%北京市31.639.51.9-9.1-28.2-1.9-15.45.07.8天津市20.027.57.5-0.01-11.71.0-2.51.4-1.6石家庄市35.326.4-8.9-7.7-5.3-0.12.7-1.3-0.8唐山市29.121.6-1.5-3.8-3.41.26.9-0.6-0.3秦皇岛市9.88.0-1.8-2.2-11.20.23.8-0.11.3邯郸市19.918.6-1.3-0.031.5-1.4-6.10.61.1邢台市20.515.8-1.7-3.40.7-0.10.8-0.6-0.2保定市31.125.0-9.1-9.2-8.20.61.1-0.32.1张家口市9.79.1-0.6-0.22.9-0.2-1.2-0.10.0承德市10.58.7-1.8-2.3-10.71.112.9-0.3-0.9沧州市15.211.3-0.9-0.6-0.20.96.40.32.7廊坊市10.810.1-0.7-1.1-6.40.22.80.55.8衡水市16.311.9-1.4-1.3-0.50.42.7-0.1-0.3（4）城市群降雨量和地表水资源量几乎有着同频的谷峰（图4-9），这是因为降雨量是地表水资源的一个重要来源，2002-2017年间平均降雨量为1087.3亿立方米。此外还有政策性补水，如南水北调等。调查显示，从2014年南水北调通水之后，其水源已经成为京津冀城镇地区供水的主要水源。北京市已经累计受水43亿立方米，此容量相当于1个密云水库的库容量。其中，中线供水量已经占到北京城区全部供水的73%；在天津，南水北调的水供给几乎输送到了每一个行政区辖；在河北，石家庄市、邯郸市、保定市、衡水市的主城区，南水北调供水量达到了总供水量的75%以上。图4-9京津冀城市群降雨及地表水资源量1.3.2京津冀地下水变化与各因素相关性结果将京津冀城市群地下水储量变化情况与各因子分别进行相关性分析，结果如下表4-2。从中可以得到，在京津冀城市群，社会经济因素与地下水储量变化的相关性要明显高于自然要素，人口、GDP和用水情况大多呈现极显著相关性。从区域整体看，一产GDP、总用水量、农业用水量与地下水储量变化呈极显著负相关（P<0.01），总人口数、城镇人口数、总GDP、二产GDP、三产GDP、工业用水量和生活用水量与地下水储量变化呈显著负相关（P<0.05），其中农业用水量与地下水储量变化负相关性最强。从内部各城市来看，人口、经济、用水都与地下水储量变化显著负相关（P<0.05）。自然指标中，除北京降雨量和地表水、唐山市地表水与地下水变化呈现显著负相关（P<0.05）外，其他城市没有明显的相关特征。降雨量的变化对区域地下水储量的变化作用不明显，没有缓解地下水下降情况；同时地表水资源也没有明确的对地下水消耗的补给作用。表4-2地下水储量变化与各影响因子相关性分析结果因变量总人口数X1城镇人口数X2总GDPX3一产GDPX4二产GDPX5三产GDPX6人均GDPX7总用水量X8农业用水量X9工业用水量X10生活用水量X11降雨量X12地表水量X13京津冀-0.16*-0.19*-0.23*-0.58**-0.25*-0.18*-0.36*-0.72**-0.77**-0.35*-0.37*-0.04-0.13北京市-0.96**-0.95**-0.97**-0.75**-0.97**-0.98**-0.97**-0.98**-0.97**-0.97**-0.98*-0.56*-0.56*天津市-0.95**-0.95**-0.95**-0.96**-0.95**-0.97**-0.96**-0.96**-0.96**-0.97**-0.96**-0.23-0.47石家庄市-0.94**-0.92**-0.97**-0.86**-0.96**-0.98**-0.97**-0.97**-0.97**-0.97**-0.97**0.08-0.40唐山市-0.84**-0.74*-0.86**-0.87**-0.88**-0.90**0.86**-0.83**-0.77*-0.83**-0.83**-0.44-0.67*秦皇岛市-0.93**-0.91**-0.95**-0.93**-0.96**-0.97**-0.96**-0.95**-0.96**-0.96**-0.95**-0.39-0.46邯郸市-0.92**-0.77*-0.89**-0.80**-0.82**-0.95**-0.87**-0.94**-0.94**-0.69*-0.95**0.09-0.14邢台市-0.94**-0.97**-0.97**-0.91**-0.92**-0.98**-0.97**-0.96**-0.95**-0.94**-0.96**-0.24-0.45保定市-0.97**-0.94**-0.97**-0.93**-0.94**-0.98**-0.96**-0.97**-0.97**-0.96**-0.97**-0.20-0.39张家口市-0.92**-0.97**-0.95**-0.91**-0.90**-0.97**-0.96**-0.96**-0.96**-0.94**-0.96**0.20-0.44承德市-0.94**-0.96**-0.97**-0.97**-0.94**-0.98**-0.98**-0.98**-0.98**-0.98**-0.98**-0.36-0.35沧州市-0.93**-0.86**-0.93**-0.87**-0.93**-0.95**-0.93**-0.94**-0.94**-0.95**-0.95**-0.27-0.29廊坊市-0.95**-0.93**-0.96**-0.92**-0.96**-0.97**-0.89**-0.97**-0.96**-0.97**-0.97**-0.27-0.17衡水市-0.90**-0.94**-0.93**-0.90**-0.93**-0.94**-0.93**-0.93**-0.93**-0.93**-0.93**-0.24-0.32注：*、**分别代表P<0.05、P<0.01。

1.3.3京津冀各因素对地下水变化的影响效果进一步利用灰关联分析各指标和地下水储量变化之间的关联结果，选定地下水变化作为参考序列，即因变量，各因子作为自变量。时间长度设为1。通过灰关联度排序结果可知：（为提升可观性，只保留灰关联度前6位）表4-3灰色关联度排序结果RRRRRR京津冀X9(0.89)X8(0.88)X10(0.86)X11(0.86)X1(0.86)X12(0.84)北京市X9(0.90)X10(0.89)X8(0.88)X11(0.87)X12(0.86)X4(0.86)天津市X10(0.78)X9(0.78)X8(0.78)X1(0.78)X11(0.78)X2(0.77)石家庄市X9(0.91)X8(0.90)X11(0.90)X10(0.89)X12(0.89)X1(0.88)唐山市X10(0.68)X4(0.67)X2(0.67)X9(0.67)X1(0.67)X8(0.67)秦皇岛市X9(0.65)X8(0.65)X10(0.65)X2(0.65)X1(0.64)X11(0.64)邯郸市X9(0.85)X8(0.83)X10(0.83)X13(0.83)X1(0.82)X11(0.76)邢台市X9(0.93)X8(0.93)X11(0.91)X1(0.91)X2(0.89)X12(0.89)保定市X9(0.89)X8(0.89)X1(0.86)X12(0.85)X11(0.84)X10(0.75)张家口市X9(0.92)X1(0.92)X8(0.92)X11(0.91)X12(0.91)X10(0.90)承德市X9(0.62)X11(0.62)X2(0.62)X1(0.61)X8(0.61)X12(0.61)沧州市X9(0.78)X8(0.78)X11(0.77)X1(0.77)X12(0.77)X10(0.77)廊坊市X9(0.96)X8(0.96)X1(0.96)X11(0.95)X10(0.95)X4(0.94)衡水市X9(0.96)X8(0.96)X1(0.95)X11(0.95)X2(0.94)X10(0.91)注：当Υi≥0.6时，即认为子母因素有关联，当Υ由表4-3结果可知，关联度均在0.6以上，通过显著性检验，说明表中所列出的因素都是对京津冀地下水储量变化影响较大的。总体而言，京津冀城市群用水情况（X8-X11）和地下水储量变化关联度最为明显，几乎占据关联度前4位，说明