【摘 要】
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在淡水资源缺乏的沿海城市,地下水资源已成为当地经济社会发展和居民日常生活用水的重要来源之一。全面掌握地下水资源时空分布现状是对其进行管理的第一步,在此基础上,能够深度剖析水质形成原因,可以进一步提高保护措施的精准度。本文基于某沿海城市地下水长期检测数据,揭示地下水时间演变规律及空间分布特征,并追溯水质成因,对地下水资源进行较为全面的分析得到此研究成果,旨在为研究区及类似沿海城市管理地下水资源提供参
【基金项目】
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“某沿海城市地下水资源可持续发展研究”课题；
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在淡水资源缺乏的沿海城市,地下水资源已成为当地经济社会发展和居民日常生活用水的重要来源之一。全面掌握地下水资源时空分布现状是对其进行管理的第一步,在此基础上,能够深度剖析水质形成原因,可以进一步提高保护措施的精准度。本文基于某沿海城市地下水长期检测数据,揭示地下水时间演变规律及空间分布特征,并追溯水质成因,对地下水资源进行较为全面的分析得到此研究成果,旨在为研究区及类似沿海城市管理地下水资源提供参考。本文来源于“某沿海城市地下水资源可持续发展研究”课题,搭建基于长短期记忆网络的水质预测模型,结果表明,此模型能够实现水质预测,为揭示水质时间演变规律提供依据。综合运用水化学领域相关知识揭示地下水资源空间分布特征,明确不同点位的水化学类型,并借助Matlab实现离子浓度空间分布可视化,直观地反映各因子的空间分布特征。最后,对特定因子进行溯源分析,结合地质情况进一步确定水质成因。本文研究内容及主要成果如下:（1）基于研究区内3个长时间序列水样检测数据及降雨量数据,构建基于长短期记忆网络的水质预测模型。首先,对离子浓度数据和降雨量进行描述性统计分析,明确枯、丰水期的离子浓度变化特征,以便于确定模型参数。然后,对基础数据集进行预处理,包括填补空缺值和归一化处理。从处理后的数据集中随机选取90%的数据作为训练集,剩余10%即为测试集,借助训练集不断优化模型参数。最后,对测试集的输出结果进行误差分析,结果表明此模型能够有效利用长时间序列数据,实现较高精度的水质预测。（2）基于研究区内42个短时间序列水样数据,对其空间分布特征进行研究。根据描述性统计结果,北部内陆区域（Ⅰ区）水质整体优于南部沿海区域（Ⅱ区）。Ⅱ区主要阴、阳离子与海水成分类似,初步证明沿海地区地下水可能受海水影响。借助双调和样条插值法和Matlab输出的离子浓度分布图可以直观展示空间分布情况,除HCO3-外,其余指标呈现了类似的分布规律:Ⅰ区内大部分点位浓度增长速度较慢,且整体浓度较低,Ⅱ区离子浓度增长较快。采用舒卡列夫分类法和Piper三线图法确定水化学类型,再次验证Ⅰ区地下水水质受含水介质控制,而Ⅱ区则受海水控制。（3）基于研究区内42个短时间序列水样数据,对其进行水质成因分析。借助Pearson相关性分析法对呈显著相关的因子进行初步来源分析,在对比异同点的过程中证明了不同的地理位置、地质构造和含水介质都促成了不同的地下水水质特征。Gibbs图的说明了研究区地下水水质主要受岩石风化作用控制,部分点位受海水入侵和人类活动影响。采用四种离子比例系数和氯碱指数对特定因子进行溯源分析,结果表明,水质的主要控制因素为岩石溶解作用、海水入侵及人为因素,补充揭示了Ⅱ区的正向阳离子交换作用是Gibbs图中个别超出模型的点位原因。
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