Influence of Urbanization on Unconfined Groundwater Recharge in Hohhot, Inner Mongolia

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.03.15

Abstract

Abstract:

The impact of urbanization on groundwater recharge has seriously interfered with regional groundwater balance and triggered various ecological and environmental problems. Based on natural geographic and hydrogeological surveys, we study the urban expansion-related changes in the unconfined groundwater recharge of the area around Hohhot, using GIS combined with groundwater budget calculation. The results show that the urban Hohhot had expanded by about 3.58 times from 1986 to 2014. Influenced by factors such as increasing groundwater exploitation, land use change and landscape river renovation, the drainage area of the study area had expanded from 11.44 km² to 104.76 km².Lateral recharge, rainfall-infiltration recharge,irrigation-water recharge and river-seepage recharge had reduced for 9,061.15×10⁴ m³, 843.85×104 m³, 279.44×104 m³ and 86.38×10⁴ m³,respectively, whereas urban water supply network leakage infiltration had increased for 1,752×10⁴ m³. Comparing 1986 with 2014, unconfined groundwater recharge of the study area had reduced from 13,225.01×10⁴ m³ to 4,707.03×10⁴ m³(i.e., 64.4%), with the most important factors being lateral recharge and rainfall infiltration recharge. Urbanization has greatly reduced the unconfined groundwater recharge in Hohhot, and properly-planned urban development and groundwater resource exploitation are necessary.

Key words: groundwater, urbanization, GIS, groundwater budget, Hohhot City

CLC Number:

P641

WANG Chao, DONG Shaogang, LIU Xiaobo, YANG Yang, LI Zhengkui. Influence of Urbanization on Unconfined Groundwater Recharge in Hohhot, Inner Mongolia[J]. Geoscience, 2018, 32(03): 574-583.

Figures/Tables 13

References 29

[1]	叶许春, 张奇, 宋学良, 等. 昆明盆地城市化的孔隙水水质响应[J]. 自然资源学报, 2009, 24(4):640-649. DOI
[2]	KAZEMI G A. Impacts of urbanization on the groundwater resources in Shahrood, Northeastern Iran: Comparison with other Iranian and Asian cities[J]. Physics & Chemistry of the Earth Parts A/b/c, 2011, 36(5/6):150-159.
[3]	CARLSON M A, LOHSE K A, MCINTOSH J C, et al. Impacts of urbanization on groundwater quality and recharge in a semi-arid alluvial basin[J]. Journal of Hydrology, 2011, 409(1/2):196-211. DOI URL
[4]	HAQUE S J, ONODERA S I, SHIMIZU Y. An overview of the effects of urbanization on the quantity and quality of groundwater in South Asian megacities[J]. Limnology, 2013, 14(2):135-145. DOI URL
[5]	TANIGUCHI M, UEMURA T. Effects of urbanization and groundwater flow on the subsurface temperature in Osaka, Japan[J]. Physics of the Earth & Planetary Interiors, 2005, 152(4):305-313.
[6]	TAYLOR C A, STEFAN H G. Shallow groundwater temperature response to climate change and urbanization[J]. Journal of Hydrology, 2009, 375(3/4):601-612. DOI URL
[7]	MISRA A K. Impact of urbanization on the hydrology of Ganga Basin (India)[J]. Water Resources Management, 2011, 25(2):705-719. DOI URL
[8]	张曦. 城市化进程对地下水系统的影响[D]. 成都: 成都理工大学, 2009:1-40.
[9]	于开宁. 城市化对地下水补给的影响——以石家庄市为例[J]. 地球学报, 2001, 22(2):175-178.
[10]	李博. 上海高度城市化地区土地利用变化对雨水径流影响的研究[D]. 武汉: 华东师范大学, 2008:1-88.
[11]	王静, 苏根成, 匡文慧, 等. 特大城市不透水地表时空格局分析——以北京市为例[J]. 测绘通报, 2014(4):90-94.
[12]	贺国平, 郝晨东, 慕星, 等. 北京城市化进程中地下水水化学特征识别[J]. 人民黄河, 2015, 37(11):73-76.
[13]	周剑, 程国栋, 王根绪, 等. 综合遥感和地下水数值模拟分析黑河中游三水转化及其对土地利用的响应[J]. 自然科学进展, 2009, 19(12):1343-1354.
[14]	JAT M K, KHARE D, GARG P K. Urbanization and its impact on groundwater: a remote sensing and GIS-based assessment approach[J]. Environmentalist, 2009, 29(1):17-32. DOI URL
[15]	PAUL M J. Impact of land-use patterns on distributed groundwater recharge and discharge—a case study of Western Jilin, China[J]. Chinese Geographical Science, 2006, 16(3):229-235. DOI URL
[16]	TILAHUN K, MERKEL B J. Estimation of groundwater recharge using a GIS-based distributed water balance model in Dire Dawa, Ethiopia[J]. Hydrogeology Journal, 2009, 17(6):1443-1457. DOI URL
[17]	朱琳, 刘畅, 李小娟, 等. 城市扩张下的北京平原区降雨入渗补给量变化[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2013, 38(5):1065-1072.
[18]	王根绪, 杨玲媛, 陈玲, 等. 黑河流域土地利用变化对地下水资源的影响[J]. 地理学报, 2005, 60(3):456-466.
[19]	张新, 李静, 沈振锋, 等. 灌区渠道衬砌对地下水位的影响[J]. 河南水利与南水北调, 2012(5):32-34.
[20]	韩再生. 秦皇岛市洋河、戴河滨海平原海水入侵的控制与治理[J]. 现代地质, 1990, 14(2):105-115.
[21]	JR J M S, GARCIAFRESCA B, PIERCE S A. Increased groundwater recharge rates as a result of urbanization[J]. Hydrological Science & Technology, 2004, 20:119-127.
[22]	马君, 于秀娟. 呼和浩特市地下水现状与发展[J]. 内蒙古科技与经济, 2008, 20(23):32-34.
[23]	杨亮平, 姜振蛟, 赵宜婷, 等. 呼和浩特市地下水水位动态变化及趋势预测研究[J]. 水文地质工程地质, 2009, 36(4):51-54.
[24]	张翼龙. 呼和浩特盆地开采胁迫下的地下水系统响应及适应性对策研究[D]. 北京: 中国地质科学院, 2012:1-70.
[25]	邵景力, 徐映雪, 崔亚莉, 等. 变异条件下内蒙古呼包平原地下水演化趋势[J]. 现代地质, 2006, 20(3):480-485.
[26]	曹文庚, 张翼龙, 李政红, 等. 呼和浩特市大青山山前倾斜平原地质环境问题形成机理研究[J]. 现代地质, 2013, 27(2):468-474.
[27]	余楚, 张翼龙, 王文中, 等. 呼和浩特市浅层地下水超采情势分析[M]//中国地质学会水文地质专业委员会.2012年年会暨气候变化与地下水环境学术研讨会专辑. 北京: 中国地质学会水文地质专业委员会, 2012:1-5.
[28]	《中国城市经济社会年鉴》理事会. 中国城市经济社会年鉴:1988年[M]. 北京: 中国城市经济社会出版社, 1988:1-101.
[29]	中国城镇供水协会. 城市供水统计年鉴[M]. 北京: 中国城镇供水协会, 1999:1-95.

		1986年
土地利用类型		林地	草地	耕地	城镇	未利用地	水域	合计
2014年	草地	5 697	127 449	104 616	24 066	66 141	3 330	331 299
	耕地	37 107	241 416	727 452	12 465	147 591	2 961	1 168 992
	水域	477	8 469	5 301	657	6 777	1 611	23 292
	城镇	78 534	450 054	892 323	715 662	559 863	19 863	2 716 299
	未利用地	8 352	52 596	43 398	5 067	123 183	1 395	233 991
	林地	3 159	2 367	9 036	63	5 103	27	19 755
	合计	133 326	882 351	1 782 126	757 980	908 658	29 187	4 493 628
	变化面积	-113 571	551 052	-613 134	1 958 319	674 667	-5 895	-
	变化比例/%	-85.18	-62.45	-34.41	-258.36	-74.25	-20.20	-
	变化倍数	0.148 1	0.375 5	0.656 0	3.583 6	0.257 5	0.798 0	-

		1986年
土地利用类型		林地	草地	耕地	城镇	未利用地	水域	合计
2014年	草地	5 697	127 449	104 616	24 066	66 141	3 330	331 299
	耕地	37 107	241 416	727 452	12 465	147 591	2 961	1 168 992
	水域	477	8 469	5 301	657	6 777	1 611	23 292
	城镇	78 534	450 054	892 323	715 662	559 863	19 863	2 716 299
	未利用地	8 352	52 596	43 398	5 067	123 183	1 395	233 991
	林地	3 159	2 367	9 036	63	5 103	27	19 755
	合计	133 326	882 351	1 782 126	757 980	908 658	29 187	4 493 628
	变化面积	-113 571	551 052	-613 134	1 958 319	674 667	-5 895	-
	变化比例/%	-85.18	-62.45	-34.41	-258.36	-74.25	-20.20	-
	变化倍数	0.148 1	0.375 5	0.656 0	3.583 6	0.257 5	0.798 0	-

断面编号	渗透系数/ (m/d)	断面长度/m	含水层厚度/m	α/ (°)	水力坡度/‰	侧向补给量/ (m³/d)
1	100	7 813.80	40.0	65	5.02	142 200.69
2	100	1 658.40	25.0	52	2.95	9 637.92
3	100	1 646.32	18.0	90	1.93	5 719.31
4	100	934.36	14.0	85	1.78	2 319.56
5	75	1 696.11	15.0	80	1.83	3 438.81
6	疏干区	4 579.88	0	-	-	0
7	75	4 960.80	7.5	90	4.99	13 924.34
8	75	5 599.14	15.0	70	6.29	37 231.48
9	75	1 742.04	20.0	45	9.42	17 405.45
10	35	4 548.91	17.5	45	5.05	9 949.23
11	35	1 296.93	12.5	45	1.89	758.30
12	15	914.43	12.5	90	2.59	444.07
13	7.5	2 041.60	12.5	90	2.94	562.71
14	15	1 345.20	12.5	60	3.41	744.85
15	35	6 904.99	7.5	45	4.04	5 177.96
16	35	3 291.63	15.0	75	5.36	8 947.02
17	75	1 509.34	25.0	85	2.68	7 555.57
18	35	3 811.12	20.0	40	3.29	5 641.75
合计	-	56 295.00	-	-	-	271 659.02

断面编号	渗透系数/ (m/d)	断面长度/m	含水层厚度/m	α/ (°)	水力坡度/‰	侧向补给量/ (m³/d)
1	100	7 813.80	40.0	65	5.02	142 200.69
2	100	1 658.40	25.0	52	2.95	9 637.92
3	100	1 646.32	18.0	90	1.93	5 719.31
4	100	934.36	14.0	85	1.78	2 319.56
5	75	1 696.11	15.0	80	1.83	3 438.81
6	疏干区	4 579.88	0	-	-	0
7	75	4 960.80	7.5	90	4.99	13 924.34
8	75	5 599.14	15.0	70	6.29	37 231.48
9	75	1 742.04	20.0	45	9.42	17 405.45
10	35	4 548.91	17.5	45	5.05	9 949.23
11	35	1 296.93	12.5	45	1.89	758.30
12	15	914.43	12.5	90	2.59	444.07
13	7.5	2 041.60	12.5	90	2.94	562.71
14	15	1 345.20	12.5	60	3.41	744.85
15	35	6 904.99	7.5	45	4.04	5 177.96
16	35	3 291.63	15.0	75	5.36	8 947.02
17	75	1 509.34	25.0	85	2.68	7 555.57
18	35	3 811.12	20.0	40	3.29	5 641.75
合计	-	56 295.00	-	-	-	271 659.02

断面编号	渗透系数/ (m/d)	断面长度/m	含水层厚度/m	α/ (°)	水力坡度/‰	侧向补给量/ (m³/d)
1	100	10 578.6	20.0	45	1.51	22 590.20
2	疏干区	27 171.1	0	-	-	0
3	7.5	1 730.5	2.5	45	2.73	62.64
4	15	1 645.7	7.5	20	3.02	191.23
5	35	2 548.4	5.0	15	2.76	318.57
6	35	4 227.6	2.5	5	1.63	52.55
7	35	3 401.9	2.5	10	1.33	34.50
8	75	1 509.9	15.0	5	0.62	91.79
9	35	3 481.3	7.5	0	0.42	66.65
合计	-	56 295.0	-		-	23 408.13