1、PDF外文：http:/ 中文 6300 字 主成分分析确定河边的 地下水开采管理 指标的时间序列变量 Rebecca M. Page, Gunnar Lischeid , Jannis Epting , Peter Huggenberger 摘要 ： 尽管含水层可以 成为 丰富的饮用水来源 ,但 它们容易被河水渗透污染 ,地下水的管理 包括地下水在 时间 和 空间 上的变化 。 因为 自然过滤机制 不能应 对河流的 高排放事件，所以 捕捉 河流 -地下水 的 交互动态 ， 可以作为河流渗透的指标参数。在瑞士 的 一个 研究区 ， 用 连续 测量时间序列 来
2、识别 和派生指标参数， 结果显示 出 包括 不同来源 的 河 流波动 阶段 的变化 。 在研究领域， 多元化 分析 方法强调 观测井的阻尼 影响和输入信号 之间 的延迟差异 ,三个观测井是河流 -地下水相互作用的代表 ， 地下水头和导电性 可以 作为 河水渗透的联合代理， 相比之下，温度是一个 不 可靠的指标。关键 词 ： 含水层；饮用水；电传导性；河流； 主成分分析 1 介绍 由于河流 附近 的高渗透率，冲积矿床通常是非常丰厚的饮用水来源。 在过去的几个世纪， 在河流附近建立了 许多地下开采井，并且水的供应依赖于 天然的地下水补给。河流 -地下水的交互在时
3、间和空间上 都是异构的，并取决于多种因素，包括河道流量、形态和河床的沉积学 特征，还有水力边界层的异构性。例如，河床的电导 是确定河流-地下水交换的一个主要因素 ， 并且它是河道流量的一个函数。水文地质分带的异构性是相互依赖和非平稳的。河流 -地下水交互的焦点 在数量上是频繁的，然而，河流和含水层之间水的交换是地下水质量最重要的因素之一。 河流源头的微生物污染是提取河边的地下水的一个重要 隐患 。在平均水文条件下，地下的自然过滤能力矩阵通过河水侵润 可以消除许多物理和生物组件，但 频繁的高排放事件导致水质恶化， McKregor and Davies-Colley 证明了河水中大肠
4、杆菌的浓度可达到基流 条件下的 30 倍。因此，在地下水的临近区域，微生物的浓度还可以增加几个数量级。考虑到这一点，胶体和污染物进入含水层的第一个障碍 -河床的堵塞 -在高流量事件中被削弱了， 河流随带的 潜在 微生物污染在提取河流附近井水时显著升高。 连续监测地下水的微生物负载是不适合这个 应用 领域的，因为投资的成本和时间是相当大的。最近，实时微生物监测方法是有些进步的，但这些对于许多 应用程序是没有实现的 ，因此，问题在于不断评估河边地下水开采井的污染风险是否可以被代理。主成分分析确定河边的地下水开采管理指标的时间序列变量 2 当河水入渗足以威胁到提取的应用水的
5、质量时，预计代理概念确定。 通过渗透对 含水层的影响，识别可能的渗透热点是水资源的可持续管理和自我适应的重要一步。 渗透代理的最优测量参数是依赖该 区域 的 水文地质设置 的 。 一些 人 使用温度作为天然示踪剂 ， 而另一些人则使用导电性跟踪河水浸润 。 在这项研究中 ,我们调查了三个参数的时间序列 (地下水头、电导率和温度 )作为河水 渗透的代理 。 使用主成分分析 (PCA) 来 有效性评估 确定控制每个参数的因素 。 主成分分析可以用来从大型环境数据集 中 提取信息 。 对 大量离散的样本使用 PCA来 研究 由降水或农业活动引起 的 对地下水质量的
6、时态变化的影响 。 Sanchez-Martos 等人 研究了大量的参数 ,包括温度和电导率 ， 这两项研究是能够识别主导的过程和定义一个各种来源影响的分带模式 。 Lewandowski 等人 应用主成分分析连续下水头测量来 研究地下水头和河阶段随时间之间的关系 ，并 能够推断出渗透模式。 本研究的目的是选择一个最优的一组参数和观测井 ,可以作为由于河水浸润饮用水提取潜在威胁的代理。这 hazard-based（生存模型） 方法 去 管理地下水开采 ， 包括地下水观测井 在不同的位置沿河流部分 的多元时间序列分析 。本研究 结合了许多以前的方法 ， 通过使用连续时间序列的多变量分析来确定河水
7、入渗的影响。 2 研究领域和方法 2.1 研究领域 研究区 ,约 0.9 平方公里 ,位于低比尔斯谷瑞士西北部 (图 1)。冲积体系主要由高导磁率粗糙砾石组成。比尔斯原始的河 是 在 19 世纪末 开凿的 。 这条河通过瑞士侏罗比尔斯 ， 总长 75 公里，在巴塞尔加入莱茵河。 创造一个集水面积 866 平方公里， 河口附近的年平均流量 15.4 立方米 /秒和风暴流可达 383 立方米 /秒。 蓄水层材料主要由碳酸盐砾石组成 , 变量沉积物分类 ,几层粘土和淤泥层 ,这通常是全面的在水力特性上导致大方差。 含水层的砾石组件碳酸盐岩具
8、有侏罗纪的起源三叠纪的液压导 率在210 和 13103 ms 之间。 含水层底部由 Rhinegraben 磨拉石的三级 沉积物 组成 ,一般液压导率很低 ( 185 1010 mskf 弱透水层 )。 地下水的最大深度是 29 米 ,饱和带的厚度在 0.6 米和 10 米之间变化。 含水层提供的水大部分是从河流中渗透来的，从当地的排水区横向流入，间歇性人工交换。 在研究区 (图 1)有八个活跃的生产井供水到六个社区 ,大约有 51000 人 ,每年总计 500 万立方米饮用水。 3 实验领域河流 -地下水互网站成立于砾石含水 层附近的河岸 (图 1)。
9、 图 1.(a)研究区域的位置 ,观察和提取井 (b) 在观测井 的深度过滤和测量仪器 2.2 测量设置 为了解决河流地下水交互的规模和动力学原理，实验领域的九个观测井站点具备监测多个参数的设备 (图 1)。为了包括面向深度的测量，井被分成三个集群，每集群三个观测井 ,每一个都有不同深度的滤网。 PE 管衬观测井的直径为 ''5.4 。 每个安装监测 器 测量 地下水头 (GH),电导率 (EC)和温度 (T)。四个观测井记录 GH 和 T，另外两个观测井只提供了 GH 测量。河阶段和温度 也被记录。 2.3 数据预处理 在设备维修时造成的离群值数据的检查和违规行为 ， 和在可能的情况下纠正 ,或排除在数据集。一些观测井必须省略 ,使观察到的方差小于测量误差(度 :CH:0.003；T:0.003-0.2C ；EC:3.25-4 1Scm )。 没有排除在 GH 分析观测井。观
