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1、编号：中国地质大学(武汉)2012年大学生基础科研训练计划立项申报书项目名称： 基于序列趋势分析法的区域地下水水位降落 漏斗范围的确定方法 -以山东省济宁市为例 项目类别： 自然科学类 所在单位： 环境学院 申 报 人： 联系方式： 指导老师： 中国地质大学（武汉）学生科技工作领导小组制二零一二年二月填表说明1、请填表人在认真阅读各项内容后按要求填写；2、具体内容及填表要求详见关于开展2012年大学生课余科研基金项目申报的通知；3、编号由校大学生科技工作领导小组填写；4、申报类别为：自然科学类类、科技发明制作类、哲学社会科学类及其它；5、表内项目填写时一律打印，意见用黑色钢笔填写，字迹要端正、
2、清楚，此申报书可复制；6、本表学院团委意见、学院鉴定意见两处需签字盖章，指导老师意见需亲自签字；7、保送方式：各学院统一报送报送时间：2012年3月5日-7日；地 点：校团委办公室(大学生活动中心301);联 系 人：朱丹老师（027-67883433、18986127285）备注：项目申报内容（参考）：1、选题：本课题国内外研究现状述评；选题的意义；2、内容及计划：本课题研究的基本思路、方法及详细计划；3、创新点：本课题的特色及创新之处；4、预期价值：本课题理论创新程度或实际应用价值；5、研究基础：课题负责人已有相关成果；主要参考文献；6、完成项目的条件和保证：主要成员曾完成哪些重要研究课题
3、；科研成果的社会评价；完成本课题的研究能力和时间保证；资料设备；科研手段。一、申报者情况负责人姓名性别女学号学院环境学院专业水文与水资源工程年级2010级项目名称基于序列趋势分析法的区域地下水水位降落漏斗范围的确定方法 -以山东省济宁市为例项目已获得资助状况无联系电话及邮箱团 队成员情况姓名性别学历学院、专业联系电话环境学院水文与水资源工程环境学院水文与水资源工程二、申报作品情况项目名称：基于序列趋势分析法的区域地下水水位降落漏斗范围的确定方法 -以山东省济宁市为例项目简介（包括项目独特性及创新性论述）地下水降落漏斗是指由于过量开采地下水引起地下水位下降，形成的区域性漏斗状凹面。莫斯科、伦敦、
4、巴黎等许多世界著名大城市，地下水位都下降了50米以上并持续下降。中国北方一些城市也形成多处地下水降落漏斗。长期的地下水透支，导致部分地区出现区域地下水位下降，使平原或盆地湿地萎缩或消失、地表植被破坏，导致生态环境退化。由于过量开采地下水，河北平原、陕西西安、山西大同和江苏苏锡常等地区已经发生地裂缝，对城市基础设施建设构成严重威胁。本次研究以济宁市为例。该市由于长期开采地下水，引起地下水水位持续下降，形成地下水水位降落漏斗。地下水的连续超采，地面沉降的不断发展已经严重制约了当地经济的快速发展。此次主要是通过对济宁市地下水水位观测井的水位观测资料进行统计分析，运用统计方法分析各水位观测井的变化趋势
5、，同时对该区域各雨量站的逐年降雨资料进行统计分析，确定二者是否有同步变化规律。根据分析结果，利用GIS软件绘制济宁市地下水水位降落漏斗区，确定地下水超采严重的区域。为该地区地下水资源合理开发利用与保护提供依据。项目的实际应用价值、现实意义及国内外研究发展现状趋势本研究运用统计学方法对地下水水位观测井和雨量站的长期观测资料进行变化趋势分析，提取地下水水位下降的主导影响因素，确定区域地下水水位降落漏斗的空间分布，为区域地下水合理开发利用与保护提供依据。本次研究主要对数据进行水文序列的趋势分析，对于水文序列分析的方法和应用，国内国外的相关研究已经相当成熟，比如：张萍，徐栋发表的“水文时间序列趋势分析
6、方法及应用”；孙利敏发表的“水文序列中的趋势和跳跃成分分析”另外陈伟发表了“秩相关分析在地下水位变化趋势评价中的应用以安徽省淮北平原孔隙水为例”，这些文献都对统计分析在水文序列趋势研究中的应用进行了详细论述。本次研究，将采用在趋势分析中被广泛应用的“Mann-kendall秩次相关检验法”及“spearman秩次相关检验法”对长序列观测数据进行全面分析，以保证结果的可靠性。研究内容、研究计划及预期目标（目标要具体，包括阶段目标和最终目标）研究内容：对济宁市地下水水位观测井的逐年观测数据进行用Mann-Kendall 秩次相关检验法和spearman秩次相关检验法进行变化趋势分析，确定各观测井水
7、位变化趋势，通过与相近雨量站降水观测数据的相关性分析，确定水位下降的原因，并进一步运用GIS进行空间分析，绘制区域地下水水位降落漏斗分布图。研究计划：第一阶段：对济宁市的地下水水位观测数据和与雨量观测记录进行搜集和整理。第二阶段：运用统计学方法对各观测井的观测数据进行趋势分析，确定有显著变化的观测井，并结合临近雨量站的降雨观测数据的变化趋势，明确水位变化的原因。第三阶段：运用GIS技术绘制区域地下水水位降落漏斗分布图，对济宁市地下水资源合理开发利用和保护提供依据。最终目标：为确定区域地下水水位降落漏斗范围提供一种基于对长序列观测数据进行统计分析的方法。采用的研究，实验方法和技术路线（包括工艺流
8、程）在项目开展过程中，我们将收集到济宁市若干地下水观测站和雨量站近40年的记录，根据这些数据，主要采用Mann-Kendall趋势检验法和Spearman秩次相关检验法，分析地下水水位变化的原因，找出因地下水开采而造成地下水水位变化的区域。Mann-Kendall趋势检验法是一种非参数趋势检验法。该方法适合于非正态分布的气象数据的非线性趋势检验，目前已广泛用于气象领域的研究。本文采用该方法分析中国南方地区的极端降水事件的时空变化趋势。检验过程如下：=，且= (1)构建趋势检验的统计量为： (2)式中：Var()=n(n-1)(2n+5)/18 (3)当n增加时，U趋于标准化正态分布。对于给定的
9、趋势检验显著性水平，如果，表示变量存在显著的单调趋势；当正值时，表示变量x存在上升趋势，负值为存在下降趋势。统计量U 可以作为水文序列趋势性大小衡量的标度，U越大，则在一定程度上可以说明序列的趋势性变化（增加或减小）越显著。Spearman秩次相关检验主要是通过分析水文序列与其时序i的相关性而检验水文序列是否具有趋势性。在运算时，水文序列用其秩次（即把序列从大到小排列时，所对应的序号）代表，则秩次相关系数为：式中，n为序列长度；。如果秩次与时序i相近，则较小，秩次相关系数较大，趋势性显著。通常采用t检验法检验水文序列的趋势性是否显著，统计量T的计算公式为：T服从自由度为n2的t分布，假设原水文
10、时间序列没有变化趋势，则根据水文序列的秩次相关系数计算出T统计量，然后选择显著水平，在t分布表中查出临界值，当时，则拒绝原假设，说明该时间序列有显著变化趋势，否则，接受原假设，该时间序列趋势不显著。统计量T也可以作为水文序列趋势性大小衡量的标度，越大，则在一定程度上可以说明序列的趋势性变化越显著。根据Mann-Kendall趋势检验法和水文序列中的趋势和跳跃成分分析方法所得的结果，结合地下水观测站与雨量站的数据，分析得出济宁市因雨量变化引起地下水水位变化区域与因地下水开采引起地下水变化的区域。现有研究基础及条件一、 科研小组成员都是大二的学生，拥有扎实的基础知识，并有一定的专业相关知识背景。二
11、、 本项目的指导老师是研究地下水多年的青年优秀教师。对该项目相关领域比较熟悉，能在技术和技巧方面给予我们很大的帮助，确保项目的顺利完成。三、 科研小组成员有充足的课余时间可以保障科研项目的完成。同时，小组成员都参加过学校学院组织的科研实践活动，并取得优秀成绩，实践能力强。经费预算所需总费用：800元费用项目金额（元）用 途打印费300日常文献检索以及资料复印信息费200查阅相关文献和信息差旅费300到当地取测试资料学院团委意见 签字（盖章）： 年 月 日三、指导老师及推荐意见第一指导老师姓 名性别男年龄30职称讲师单 位联系电话及邮箱其他指导老师姓 名性别年龄职称所在单位联系邮箱及电话指导老师意见签名：年 月 日学院学生科技工作领导小组意见经核实，该课题未获得或同时申报英才工程、国家创新性实验计划、大学生特殊专长支持计划、教学实验室开放基金等资助。同意申请。 负责人签名： （学院盖章） 年 月 日学校意见（签章）年 月 日
