武威盆地不同土地利用類型下的地下水位時空動態(tài)分析

秦俊桃

（中國水利水電科學研究院 泥沙研究所，北京 100048）

武威盆地不同土地利用類型下的地下水位時空動態(tài)分析

秦俊桃

（中國水利水電科學研究院 泥沙研究所，北京 100048）

采用ArcGIS中UK法，研究了西北干旱內(nèi)陸區(qū)石羊河流域中游武威盆地1983—1999年的地下水位變化。計算結果表明：該地區(qū)地下水位分布由西南向東北遞減，且在20世紀90年代其地下水位的下降趨勢明顯。并在此基礎上，分析比較了農(nóng)耕地、河流邊緣、城鎮(zhèn)、沙漠邊緣、草地、林地等6種不同的土地類型在這近20年的地下水位埋深變化及其年均降幅。結果表明，不同土地類型的地下水位埋深的年均降幅并不相同，依次是：城鎮(zhèn)最大；農(nóng)耕地和草地次之；沙漠邊緣和河流邊緣地區(qū)較??；林地最小。

干旱內(nèi)陸區(qū)；武威盆地；土地類型；地下水位

1 研究背景

自20世紀50年代后期以來，由于人口迅速增長，甘肅省石羊河流域武威盆地灌溉面積逐漸擴大，灌溉需水量也隨之增大，僅僅依靠逐漸減少的地表來水不能完全滿足需求，于是機井逐步開始興建。目前，武威盆地已建成各類機井將近4000眼，地下水已嚴重超采［1-3］，隨之帶來了一系列生態(tài)問題。另外，由于對石羊河流域的水資源缺乏統(tǒng)一的調(diào)度管理，上下游的水資源分配不均，中下游人民缺水日趨嚴重，進一步加深了他們對地下水的依賴。目前原有的大部分泉水已經(jīng)干涸，地下水位大面積、長時間持續(xù)下降，導致荒漠生態(tài)系統(tǒng)大面積消失，防風固沙林地和草地已殘留無幾［4］。閆金鳳等［5］對不同土地利用模式下在三工河流域綠洲區(qū)地下水進行了模擬預測，結果表明，綠洲上部主要城鎮(zhèn)聚集區(qū)地下水位逐漸下降，下部地下水位呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。耕地作為顯著變化的土地利用類型，成為影響區(qū)域地下水資源的決定性因素。周劍等［6］分析地下水位變化與土地利用類型轉(zhuǎn)移之間的關系，結果表明地下水位和土地利用的時空變化具有密切的相關性，地下水位急劇變化的區(qū)域均是自然植被變化加劇的區(qū)域。本文分析了20世紀80、90年代武威盆地在不同土地利用狀況下，我國西北干旱內(nèi)陸區(qū)地下水位的時空變化規(guī)律。

2 研究區(qū)域及地下水監(jiān)測井布置

石羊河流域是甘肅省河西走廊三大內(nèi)陸河流域之一，位于祁連山東段與巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠南緣之間，東經(jīng)101°41′—104°16′，北緯36°29′—39°27′，流域面積4.16萬km2。武威盆地位于石羊河流域中游，其總地勢由西南向東北傾斜，海拔高程1440～3262.9 m［7-9］。研究區(qū)域面積2524.56 km2。該區(qū)氣候干燥，降水稀少，多年平均降水量266.4 mm，自東北向西南隨海拔增加而增加，為90～600 mm。年均氣溫-12.2～8.7℃。

因后期資料觀測間斷和收集困難等問題，本文數(shù)據(jù)資料僅選取自《甘肅省石羊河中下游地下水動態(tài)觀測年鑒（1980—1999）》和2003年西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室制作的1∶250000的石羊河流域土地利用現(xiàn)狀圖，并使用1∶250000數(shù)字高程模型DEM，空間分辨率為100 m×100 m。該區(qū)海拔高度變化范圍為1450～1739 m，地勢由西南山區(qū)向東北平原傾斜。對武威地區(qū)不同土地利用類型的地下水時空變化進行分析［10-19］。利用GIS和石羊河流域土地利用現(xiàn)狀圖，隨機選取6種不同土地利用類型，27個典型井位點。土地利用類型包括農(nóng)耕地、城鎮(zhèn)、林地、草地、沙漠邊緣、河流邊緣。同樣的選取方式，林地選取了井位553、600、601和615；草地選取了井位524、573、623和636；城鎮(zhèn)選取了井位592、599、611、612和618；沙漠邊緣選取了靠近武威地區(qū)的井位585、587、590、617和625（見圖1）。分別對這6種不同的土地利用類型的4～5個典型點進行分析，比較不同的土地利用類型在1983—1999年的地下水位變化及年內(nèi)降幅。

圖1 研究區(qū)域

3 結果分析

3.1 區(qū)域地下水位變化對20世紀80年代初、90年代初、90年代末的地下水位進行比較，如圖2所示。結果表明，地下水位變化的總趨勢是由西南向東北遞減，與實際相符。80年代到90年代初，地下水位逐年下降，但下降速度并不明顯；90年代初到90年代末，地下水位下降明顯，地下水位值均小于1580 m。

圖2 武威地區(qū)地下水位變化

3.2 農(nóng)耕地武威地區(qū)農(nóng)耕地灌溉以水庫供給地表水和機井抽取地下水為主。隨著灌區(qū)面積的擴大、人口增長、工業(yè)發(fā)展，地表用水不能滿足需要，地下水抽取日益增加。本文隨機選取了分布于武威地區(qū)及其邊緣農(nóng)耕地的井位點579、588、608、620和621，研究分析了1983—1999年的地下水位埋深變化。如圖3所示，地下水位埋深呈上升趨勢，趨勢明顯，地下水位年均下降速率0.37 m。

3.3 河流邊緣隨機選取位于武威地區(qū)石羊河上游的井位點525、583和東干渠下游井位點589、594分析1983—1999年的地下水位埋深變化。如圖4所示，因紅崖山水庫1983—1997年年徑流量為1.68億m3，水量較豐沛，而該區(qū)域地下水抽取量較少，且地表水不斷補給地下水，故井位點525和583的埋深變化?。唤鹚酉掠蔚哪蠣I水庫1983—1997年年徑流量為1.3億m3，水量也較豐沛，但東干渠下游城鎮(zhèn)和耕地較多，用水量大，故井位點589和594的地下水位埋深增加趨勢也較明顯，地下水位年均下降速率0.09 m。

圖3 農(nóng)耕地地下水位埋深變化

圖4 河流上游地下水位埋深變化

3.4 城鎮(zhèn)隨機選取了位于武威地區(qū)西壩鄉(xiāng)、武威市、高壩鎮(zhèn)、六壩鄉(xiāng)和清源鎮(zhèn)附近的井位點592、599、611、612和618進行分析。如圖5所示，各井位點地下水位埋深呈上升趨勢，其中，井位點612變化最大，地下水位年均下降速率0.73 m。

3.5 沙漠邊緣選取位于騰格里沙漠邊緣的井位點585、587、590、617和625。因沙漠邊緣耕地少，人為擾動少，如圖6所示，各井位點地下水位埋深趨勢平緩，地下水位年均下降速率0.1 m。

圖5 城鎮(zhèn)地下水位埋深變化

圖6 沙漠邊緣地下水位埋深變化

3.6 草地選取位于武威地區(qū)的井位點573、524、636和623。因草地區(qū)域用水量相對較少，地下水抽取量小，如圖7所示，各井位點埋深趨勢較平緩，其中，井位點636附近有較多耕地，故用水量比其他井位大，趨勢變化明顯。草地的地下水位年均下降速率0.29 m。

3.7 林地選取位于武威地區(qū)的井位點553、615、600和601分析。因林地用水量少，地下水抽取量小，且林地有涵養(yǎng)水源的功能，如圖8所示，各井位點埋深趨勢平緩。林地的地下水位年均下降速率0.06 m。

圖7 草地地下水位埋深變化

圖8 林地地下水位埋深變化

4 結語

通過對武威地區(qū)20世紀末20年的地下水位的分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)地下水位的總體趨勢是由西南向東北逐漸遞減。80年代到90年代初，地下水位逐年下降，但下降速度并不明顯；90年代初到90年代末，地下水位下降明顯，地下水位值均小于1580 m。同時，在此基礎上，分析了1983—1999年農(nóng)耕地、河流邊緣、城鎮(zhèn)、沙漠邊緣、草地、林地等6種不同的土地類型的地下水位埋深變化及年均降幅。結果表明，城鎮(zhèn)降幅最大，為0.73 m/a，農(nóng)耕地和草地次之，分別為0.37 m/a和0.29 m/a，沙漠邊緣和河流邊緣較小，分別為0.1 m/a和0.09 m/a，林地最小，為0.06 m/a。

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The analysis of underground water level in different land use types in Wuwei basin

QIN Jun-tao
（Department of Sedimentation，IWHR，Beijing 100048，China）

The Wuwei Basin is located in the middle reaches of the Shiyang River basin.The change of groundwater table of Wuwei Basin during 1983-1999 was investigated using the UK method in ArcGIS.The results show that the general trend of groundwater table gradually dropped from southwest to northeast，and in the 1990s，the groundwater table significantly dropped year by year.How the groundwater table changed during 1983-1999 and the annual decrease range in six different land types(irrigation lands，towns，grass?lands，the edge of desert area，the edge of rivers and woodlands)were also analyzed.The results show that，the largest average annual drop occurred in towns，irrigation lands，grasslands，the edge of desert ar?ea，the edge of rivers and the woodlands.The second largest occurred in irrigation lands，the third largest in grasslands，the fourth largest in the edge of desert area，and the smallest in the ledge of rivers and woodlands.

arid inland area；Wuwei Basin；land type；groundwater level

P641

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2014.03.011

1672-3031（2014）03-0287-04

（責任編輯：韓 昆）

2013-11-15

泥基本科研1415；泥集1311；Z121100000112008

秦俊桃（1984-），女，內(nèi)蒙古臨河人，碩士，主要從事水資源規(guī)劃及水土保持等研究。E-mail：renmu2007@163.com