本發(fā)明涉及水生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地表水-地下水耦合的研究有助于更好地利用、管理和保護(hù)水資源，這對(duì)保護(hù)水環(huán)境污染至關(guān)重要。近年來，地表水與地下水耦合的研究主要服務(wù)于河流系統(tǒng)生態(tài)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)、河流的恢復(fù)和河岸綠洲濕地的管理。在沖積平原地區(qū)，河流與地下含水層之間的連接受地形和水文特征的影響有幾種形式：采集類型、損失類型、滲透流和平行流。河流含水層系統(tǒng)的耦合效應(yīng)受自然和人為因素的控制。地表水質(zhì)量和地下水質(zhì)量之間的耦合主要是通過懸浮化合物的遷移、沉淀和溶解，河床沉積物的吸附、化學(xué)還原和氧化，有機(jī)碳代謝和有機(jī)污染物的生物降解，以及各種生物地球化學(xué)過程，影響地表水中的各種溶質(zhì)和地下水含量。較低流速下的交換可以通過沉降和過濾促進(jìn)懸浮固體的沉降，從而保留各種成分，包括金屬、磷和有機(jī)碳。

2、現(xiàn)有技術(shù)的解決方案：許多方法已被成功應(yīng)用于研究sw-gw耦合作用，水位觀測(cè)方法通過分析和比較不同含水層中的地表水和地下水位來判斷地表水和地下水之間的耦合關(guān)系。數(shù)值模擬方法和同位素環(huán)境示蹤方法可以通過模擬結(jié)果、同位素富集程度和保守的示蹤物濃度梯度來判斷不同水體之間的耦合效應(yīng)。水文地球化學(xué)多元統(tǒng)計(jì)方法基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)，定性分析地表水和地下水之間的溶質(zhì)濃度關(guān)系。另外，主成分分析?(pca)?和相關(guān)性分析?(ca)?等多元統(tǒng)計(jì)分析法也被應(yīng)用于處理水化學(xué)數(shù)據(jù)來確定水化學(xué)的時(shí)空演變模式。然而，每種單一的方法都可能有局限性。

3、現(xiàn)有技術(shù)問題：目前，利用單一方法，進(jìn)行sw-gw耦合作用分析都可能有局限性，不足以對(duì)區(qū)域內(nèi)sw-gw耦合作用強(qiáng)度及其空間分布規(guī)律作出解釋。結(jié)合多種方法可以獲得更可靠的結(jié)果，并更全面地解釋sw-gw耦合作用效應(yīng)及其空間分布規(guī)律。結(jié)合相關(guān)性分析（ca）、主成分分析（pca）、層次聚類分析（hca）和非度量多維排列分析（nmds），對(duì)比地表水和地下水中化學(xué)成分分布的差異，半定量分析地表水-地下水之間耦合作用強(qiáng)度及其空間分布規(guī)律。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明結(jié)合同位素分析與多元統(tǒng)計(jì)分析等多種方法，從而分析區(qū)域地表水-地下水之間是否存在耦合作用關(guān)系?？梢酝ㄟ^同位素富集程度和保守的示蹤物濃度梯度來判斷不同水體之間的耦合效應(yīng)。該方法優(yōu)點(diǎn)過程簡單方便，結(jié)果可靠，結(jié)合多種方法，利用地表水-地下水氘-氧同位素關(guān)系、氯-溴關(guān)系和水化學(xué)關(guān)系半定量分析地表水-地下水之間耦合作用強(qiáng)度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析方法，步驟包括：

3、布控待分析區(qū)域內(nèi)的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和水樣采集點(diǎn)，方法包括：在區(qū)域內(nèi)收集已有地表水和地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充布控地表水和地下水取樣點(diǎn)；根據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)的河流的分布，均勻布控地表水采樣點(diǎn)和水位長期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)地表水采樣點(diǎn)的位置，就近布控地下水采樣點(diǎn)位置和地下水位長期監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

4、基于所述水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和所述水樣采集點(diǎn)，采集水位數(shù)據(jù)并測(cè)試水樣，得到測(cè)試結(jié)果，方法包括：分別在豐水期和枯水期采集水樣，進(jìn)行氫氧同位素分析、氯嗅濃度分析以及陰陽離子全分析，并收集水位長期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)；同時(shí)原位測(cè)量ph、溶解氧、氧化還原電位和電導(dǎo)率；在采樣后24小時(shí)內(nèi)，通過hcl滴定并使用甲基橙作為染料指示劑來測(cè)量堿度；所有水樣立即用0.45?mm膜過濾器過濾；每個(gè)水樣分為3份，分別用于陰離子、陽離子、氫氧穩(wěn)定同位素分析；

5、基于測(cè)試結(jié)果，分析地表水與地下水之間的耦合關(guān)系，耦合關(guān)系包括：地表水-地下水水位關(guān)系、地表水-地下水氘-氧同位素關(guān)系、氯-溴關(guān)系以及地表水-地下水水化學(xué)關(guān)系；

6、利用地表水與地下水之間耦合關(guān)系的分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境污染保護(hù)。

7、優(yōu)選的，地表水-地下水水位關(guān)系的分析方法包括：基于地表水水位、地下水水位以及氣象站獲得的降雨數(shù)據(jù)，對(duì)比分析地下水水位、地表水水位和降雨量隨時(shí)間變化趨勢(shì)，并結(jié)合相關(guān)性分析方法，分析大氣降雨量、地表水水位和地下水水位三種水體之間的關(guān)系。

8、優(yōu)選的，地表水-地下水氘-氧同位素關(guān)系、氯-溴關(guān)系的分析方法包括：利用相關(guān)性分析，對(duì)比地表水和對(duì)應(yīng)地下水中δd-δ18o同位素的值，以及地表水和地下水中cl-/br-與cl-，以示蹤的角度，分析地表水和地下水的耦合關(guān)系，公式如下：

9、，

10、式中，r表示相關(guān)系數(shù)；cov(x,y)表示變量x和y的協(xié)方差；d(x)和d(y)分別表示變量x和y的標(biāo)準(zhǔn)差。

11、優(yōu)選的，分析地表水-地下水水化學(xué)關(guān)系的方法包括：根據(jù)整個(gè)區(qū)域的地表水和地下水樣本的基本化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析；基于10個(gè)指標(biāo)，包括：ph、k+、na+、ca2+、mg2+、hco3-、cl-、so42-、no3--n和nh4+-n），進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析、層次聚類分析和非度量多維排列分析，對(duì)比地表水和地下水中化學(xué)成分分布的差異。

12、本發(fā)明還提供了基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)上述方法，包括：采集模塊、測(cè)試模塊、分析模塊和建議模塊；

13、所述采集模塊用于布控待分析區(qū)域內(nèi)的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和水樣采集點(diǎn)，方法包括：在區(qū)域內(nèi)收集已有地表水和地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充布控地表水和地下水取樣點(diǎn)；根據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)的河流的分布，均勻布控地表水采樣點(diǎn)和水位長期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)地表水采樣點(diǎn)的位置，就近布控地下水采樣點(diǎn)位置和地下水位長期監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

14、所述測(cè)試模塊用于基于所述水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和所述水樣采集點(diǎn)，采集水位數(shù)據(jù)并測(cè)試水樣，得到測(cè)試結(jié)果，方法包括：分別在豐水期和枯水期采集水樣，進(jìn)行氫氧同位素分析、氯嗅濃度分析以及陰陽離子全分析，并收集水位長期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)；同時(shí)原位測(cè)量ph、溶解氧、氧化還原電位和電導(dǎo)率；在采樣后24小時(shí)內(nèi)，通過hcl滴定并使用甲基橙作為染料指示劑來測(cè)量堿度；所有水樣立即用0.45?mm膜過濾器過濾；每個(gè)水樣分為3份，分別用于陰離子、陽離子、氫氧穩(wěn)定同位素分析；

15、所述分析模塊用于基于測(cè)試結(jié)果，分析地表水與地下水之間的耦合關(guān)系，耦合關(guān)系包括：地表水-地下水水位關(guān)系、地表水-地下水氘-氧同位素關(guān)系、氯-溴關(guān)系以及地表水-地下水水化學(xué)關(guān)系；

16、所述建議模塊利用地表水與地下水之間耦合關(guān)系的分析結(jié)果，提供保護(hù)建議，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境污染保護(hù)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

18、本發(fā)明通過結(jié)合同位素分析與多元統(tǒng)計(jì)分析等多種方法，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別和量化地表水與地下水之間的相互作用強(qiáng)度及其空間分布規(guī)律，從而為區(qū)域水生態(tài)環(huán)境污染保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)和有效策略，增強(qiáng)了水資源的利用、管理和保護(hù)能力。

技術(shù)特征：

1.基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析方法，其特征在于，步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析方法，其特征在于，地表水-地下水水位關(guān)系的分析方法包括：基于地表水水位、地下水水位以及氣象站獲得的降雨數(shù)據(jù)，對(duì)比分析地下水水位、地表水水位和降雨量隨時(shí)間變化趨勢(shì)，并結(jié)合相關(guān)性分析方法，分析大氣降雨量、地表水水位和地下水水位三種水體之間的關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析方法，其特征在于，地表水-地下水氘-氧同位素關(guān)系、氯-溴關(guān)系的分析方法包括：利用相關(guān)性分析，對(duì)比地表水和對(duì)應(yīng)地下水中δd-δ18o同位素的值，以及地表水和地下水中cl-/br-與cl-，以示蹤的角度，分析地表水和地下水的耦合關(guān)系，公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析方法，其特征在于，分析地表水-地下水水化學(xué)關(guān)系的方法包括：根據(jù)整個(gè)區(qū)域的地表水和地下水樣本的基本化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析；基于10個(gè)指標(biāo)，包括：ph、k+、na+、ca2+、mg2+、hco3-、cl-、so42-、no3--n和nh4+-n），進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析、層次聚類分析和非度量多維排列分析，對(duì)比地表水和地下水中化學(xué)成分分布的差異。

5.基于水位-水質(zhì)分析的流域地表水-地下水耦合作用關(guān)系分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括：采集模塊、測(cè)試模塊、分析模塊和建議模塊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于水位?水質(zhì)分析的流域地表水?地下水耦合作用關(guān)系分析方法及系統(tǒng)，涉及水生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，其中方法包括：布控待分析區(qū)域內(nèi)的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和水樣采集點(diǎn)；基于所述水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和所述水樣采集點(diǎn)，采集水位數(shù)據(jù)并測(cè)試水樣，得到測(cè)試結(jié)果；基于測(cè)試結(jié)果，分析地表水與地下水之間的耦合關(guān)系，耦合關(guān)系包括：利用地表水與地下水之間耦合關(guān)系的分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境污染保護(hù)。本發(fā)明通過結(jié)合同位素分析與多元統(tǒng)計(jì)分析等多種方法，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別和量化地表水與地下水之間的相互作用強(qiáng)度及其空間分布規(guī)律，從而為區(qū)域水生態(tài)環(huán)境污染保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)和有效策略，增強(qiáng)了水資源的利用、管理和保護(hù)能力。

技術(shù)研發(fā)人員：胡美艷,李小彬,蒙超,那廣水,曹勝凱,謝靜怡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南熱帶海洋學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28