石羊河流域中下游近40a地下水位動(dòng)態(tài)特征分析

胡海華，丁宏偉，賀兵英

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué),湖北 武漢　430205；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，甘肅 蘭州　730000；3.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州　730050)

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石羊河流域中下游近40a地下水位動(dòng)態(tài)特征分析

胡海華1，丁宏偉2，賀兵英3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué),湖北 武漢430205；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，甘肅 蘭州730000；3.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州730050)

石羊河流域位于河西走廊東部，是中國(guó)西北最發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，也是甘肅省內(nèi)水資源最緊張、用水矛盾最尖銳、生態(tài)環(huán)境不斷惡化的地區(qū)之一。依據(jù)河西走廊石羊河流域中下游64個(gè)觀測(cè)點(diǎn)1977～2015年地下水位觀測(cè)點(diǎn)時(shí)間序列觀測(cè)資料，在深入闡述研究區(qū)地下水位季節(jié)性及多年動(dòng)態(tài)特征、類型和平面分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用Kendall秩次相關(guān)系數(shù)和Hurst指數(shù)分別分析了研究區(qū)地下水位的趨勢(shì)性和持續(xù)性特征。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，分析了研究區(qū)域地下水位下降的原因。結(jié)果表明：石羊河流域平原地帶綠洲區(qū)和綠洲區(qū)外圍地下水位的趨勢(shì)性和持續(xù)性各不相同，地下水位的年均值與月均值都通過了顯著性檢驗(yàn)，呈不斷的下降趨勢(shì)，綠洲區(qū)地下水位下降幅度、下降趨勢(shì)大于綠洲區(qū)外圍，并具有較強(qiáng)的持續(xù)性，且綠洲區(qū)地下水位下降的持續(xù)性比綠洲區(qū)外圍更強(qiáng)。

趨勢(shì)性；持續(xù)性；地下水位；石羊河流域

石羊河流域位于缺水的河西走廊東部，是整個(gè)西北最發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域。這里更是甘肅省內(nèi)水資源最緊張、中下游用水矛盾最尖銳、下游生態(tài)環(huán)境不斷惡化的地區(qū)之一。依據(jù)水文地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)可知，上游祁連山區(qū)降雪豐富，孕育了常年的冰川，是整個(gè)流域水源涵養(yǎng)區(qū)和徑流的形成區(qū)；中游為武威盆地，是全流域用水量最大的地區(qū)；下游為民勤-潮水盆地，是水資源的最終耗散地帶。從1977年開始，該地區(qū)就有地下水位動(dòng)態(tài)的觀測(cè)記錄(范錫朋，1981,1990)，目前的觀測(cè)點(diǎn)有64個(gè)，131個(gè)觀測(cè)點(diǎn)因自然干枯和人為破壞，已經(jīng)消失。采用自計(jì)水位儀與人工觀測(cè)相結(jié)合，監(jiān)測(cè)頻率為1～2次/月，監(jiān)測(cè)含水層位主要為中、淺層，即現(xiàn)狀地下水主要供水目的層，到目前為止已有近40a的觀測(cè)數(shù)據(jù)。地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)范圍包括涼州區(qū)、民勤縣和金川區(qū)大部，為102°08′～103°50′E，37°05′～39°02′N，控制面積達(dá)6 380km2，涵蓋了石羊河流域主要工農(nóng)業(yè)分布地帶。建國(guó)60多年來，隨著中游地區(qū)水土資源的大規(guī)模開發(fā)利用和地下水開采量的不斷增加，導(dǎo)致了區(qū)域性地下水位大面積持續(xù)下降(袁生祿，1991)，溢出帶泉水資源近于枯竭，進(jìn)入下游的水資源持續(xù)減少，使得民勤綠洲灌溉水源嚴(yán)重短缺(樊自立等，2000)，不得不超采已鹽化的地下水維持生計(jì)，形成水資源利用上的惡性循環(huán)(易秀，2001)，引起了一系列生態(tài)環(huán)境問題。早在20世紀(jì)70年代末，石羊河流域的水資源與生態(tài)環(huán)境問題就引起了有關(guān)學(xué)者的高度關(guān)注(徐昔保等，2005)，相關(guān)科研部門一直在對(duì)流域水資源變化趨勢(shì)、地表水與地下水轉(zhuǎn)化、節(jié)水灌溉與生態(tài)高效用水、地下水合理開采利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等問題進(jìn)行了卓有成效的調(diào)查研究，積累了研究程度遠(yuǎn)高于西北其他內(nèi)陸河流域的研究成果。但是，利用最新系列數(shù)據(jù)系統(tǒng)研究石羊河流域中下游地下水位動(dòng)態(tài)特征的研究尚不多見。因此，深入分析石羊河流域中下游地下水位的季節(jié)性及年際的動(dòng)態(tài)變化特征和規(guī)律，預(yù)測(cè)其未來的變化趨勢(shì)，對(duì)于合理開發(fā)利用這一地區(qū)有限的水資源，實(shí)現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境等，均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　概況

河西走廊已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)整體強(qiáng)烈差異性斷塊運(yùn)動(dòng)為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)展時(shí)期(衷平等,2005)。該區(qū)域地下水位的季節(jié)性變化和年際的變化十分明顯,表現(xiàn)出顯著的分帶規(guī)律(趙華等，2004)。由含水層的埋藏條件和地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件所決定，武威盆地的洪積扇群雨洪、渠系的入滲過程是引起地下水變化的主要因素，武威盆地北部細(xì)土平原及民勤盆地農(nóng)業(yè)區(qū)，雨洪入滲的影響不大(馬金珠等，2003)，地下水位變化的主要原因是人為灌溉和開采(丁宏偉，2002，2003，2007)。細(xì)土平原荒漠區(qū)水位埋深小于5m的地帶，受人為灌溉、開采的影響很小，其主要是由蒸發(fā)、蒸騰排泄造成的(王貴忠，2010)。依據(jù)地下水位觀測(cè)曲線，把石羊河流域地下水位季節(jié)性動(dòng)態(tài)劃分為徑流型、開采型、灌溉-開采型、蒸發(fā)型4種類型(圖1)。

徑流型。位于武威盆地的洪積扇群帶水位埋深大于80～100m的地帶和民勤盆地南部靠近走廊山脈的扇形地。該地帶因?yàn)樗宦癫厣?，地下水開采量不大，水位的變化特征基本上反映了雨洪入滲徑流的時(shí)空分布規(guī)律。高水位期出現(xiàn)在8～11月，低水位期出現(xiàn)在次年的12到翌年3月，高水位滯后于河流豐水期1～4個(gè)月或更長(zhǎng)，呈現(xiàn)單峰單谷型，年變幅0.13～3.67m。不同地帶的觀測(cè)資料顯示，雨洪入滲所形成的地下水位峰值遷移過程，主要是水位壓力傳導(dǎo)的結(jié)果而不是地下水的運(yùn)動(dòng)速度所致。即使在洪積扇中上部含水層具有很強(qiáng)導(dǎo)水性的地段，地下水的導(dǎo)水系數(shù)也不超過2 000～10 000m2/d。

開采型。主要位于綠洲內(nèi)純井灌溉區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)。由于人為開采使得水位的波動(dòng)遮蓋了地下水位的自然變動(dòng)過程，使得該區(qū)域水位的基本特征表現(xiàn)為：開采期的低水位和非開采期的高水位。低水位期分布在每年的4～11月，高水位期分布在12月到次年的3月，在曲線上表現(xiàn)為單谷單峰型或者是多峰多谷型，年變幅1.161～5.952m，最大達(dá)23.15m。

圖1　石羊河流域平原區(qū)地下水位季節(jié)性動(dòng)態(tài)類型圖Fig.1　Groundwater level annual regime type of region in the Shiyanghe River Basin

灌溉開采型。主要位于綠洲區(qū)內(nèi)。曲線上表現(xiàn)為單谷單峰型或者是多峰多谷型。每年的4月、5月是水位最高的季節(jié)，也是灌水量最大、灌溉強(qiáng)度最高的月份，年變幅1.581～2.611m。

蒸發(fā)型。位于中下游盆地北部騰格里沙漠邊緣地下水位埋深小于5m的荒區(qū)。該地帶地下徑流滯緩，故垂向強(qiáng)烈的蒸發(fā)蒸騰是影響地下水位動(dòng)態(tài)過程的主要因素。在5～9月份，由于氣溫的升高，蒸發(fā)量的增大水位開始下降，10月至翌年3月由于氣溫的下降和蒸發(fā)量的減小，水位開始上升。借助地滲儀對(duì)地下水垂向交替變化的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，每年的3～4月的高水位期，是由季節(jié)性凍土消融水入滲引起。該區(qū)域水位年變幅在0.31～0.95m，最大為1.2m，水位的變化幅度一般小于灌溉—開采型和開采型，水位的年變化幅度和埋深呈反比關(guān)系，表明它的動(dòng)態(tài)過程與來自上游的地下徑流關(guān)系不大。

2　地下水位多年動(dòng)態(tài)特征及類型

近40a的觀測(cè)資料證實(shí)，石羊河流域中下流地區(qū)地下水位基本上處于區(qū)域性持續(xù)下降過程。以年均下降值為判斷標(biāo)準(zhǔn)，把該區(qū)地下水位多年動(dòng)態(tài)變化的過程劃分為快速下降(下降幅度≥0.5m/a)、緩慢下降(下降幅度0.1～0.5m/a)和基本穩(wěn)定(變化幅度≤±0.1m/a)3種類型(圖2)。

圖2　石羊河流域平原區(qū)地下水位多年動(dòng)態(tài)類型圖Fig.2　Groundwater level perennial regime of region in the Shiyanghe River Basin

快速下降型。位于南盆地洪積扇群帶前緣及北盆地地下水集中開采的農(nóng)灌區(qū)，多年來，地下水位的動(dòng)態(tài)變化呈快速下降趨勢(shì)，年均下降幅度≥0.50m。武威盆地水源鄉(xiāng)一帶，近40a來(1977～2015年)地下水位共下降26.52m，年均下降0.68m；民勤盆地北部的紅柳園—東鎮(zhèn)一帶，近40a來地下水位共下降22.62～26.91m，年均下降0.58～0.69m。年均水位高程(H)與時(shí)間(t)成顯著的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)(R)高達(dá)0.903 5～0.973 5，斜率(b)為0.52～0.61。

緩慢下降型。位于石羊河流域南北盆地間，多年來，地下水位的動(dòng)態(tài)變化過程表現(xiàn)出緩慢的下降趨勢(shì)，年均下降幅度0.10～0.50m。在民勤縣城一帶、昌寧鄉(xiāng)天生坑和武威盆地高壩鎮(zhèn)，地下水位累計(jì)下降值分別為17.36m、10.24m和8.41m，年均下降值為0.45m、0.26m和0.22m。年均水位高程(H)與時(shí)間(t)二者之間線性相關(guān)亦較為顯著，相關(guān)系數(shù)(R)為0.868 7～0.965 8，斜率(b)為0.14～0.45。

基本穩(wěn)定型。只位于南北盆地東部騰格里沙漠邊緣的個(gè)別地帶及民勤盆地金川區(qū)下四分—周家井以西的區(qū)域，地下水位多年動(dòng)態(tài)變化過程基本穩(wěn)定，水位年均變化幅度≤±0.10m。民勤盆地收成鄉(xiāng)以東和金川區(qū)下四分地帶，近40a來地下水位累計(jì)下降值分別為1.82m和1.25m，年均下降值為0.05m和0.03m。年均水位高程(H)與時(shí)間(t)二者成顯著線性相，相關(guān)系數(shù)(R)一般大于0.95，斜率(b)小于0.10。

從平面上觀察，地下水位的下降趨勢(shì)亦較為顯著(圖3)。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，武威盆地的武威城以北地帶和民勤盆地民勤縣城周圍至西渠—東鎮(zhèn)、昌寧堡—鎖鎖井一帶，在1990～2010年間，地下水位下降幅度最大，呈環(huán)形分布。周家井以西(包括金昌市城區(qū))的民勤盆地西部及騰格里沙漠腹地，地下水位20a來累計(jì)下降幅度小于0.5～1m，平均每年下降幅度僅0.02～0.05m，局部地段地下水位已基本逐漸趨于穩(wěn)定或呈微弱的上升趨勢(shì)(紅崖山水庫—阿拉古山南緣及騰格里沙漠洪水河沿岸2007～2014年地下水位累計(jì)上升0.15～0.25m)。

經(jīng)過分析，認(rèn)為石羊河流域平原區(qū)局部地段地下水位出現(xiàn)上升，究其原因，估計(jì)與2003年以來國(guó)家逐步實(shí)施治理的相關(guān)項(xiàng)目有關(guān)，武威盆地地下水開采量大幅度減少(地下水排泄量減少)以及上游8條出山河流徑流量的微弱增加，“引黃(黃河)濟(jì)民(民勤)”工程(通過洪水河進(jìn)入紅崖山水庫)河(洪)水入滲量增多所引起的對(duì)盆地地下水補(bǔ)給量增加有關(guān)。

3　地下水位變化趨勢(shì)分析

3.1方法簡(jiǎn)介

3.1.1 趨勢(shì)性與Kendall秩次相關(guān)分析

常用檢驗(yàn)方法有累積距平分析的趨勢(shì)檢驗(yàn)、灰色系統(tǒng)法、相關(guān)統(tǒng)計(jì)法、Kendall秩次相關(guān)法檢驗(yàn)等。筆者采用Kendall秩次相關(guān)分析方法如下。

時(shí)間序列為X1,X2,…Xn(n為樣本數(shù))，對(duì)偶觀測(cè)值(XI,Xj, j>i)中Xi

(1)

3.1.2 持續(xù)性與Hurst指數(shù)分析

Hurst指數(shù)又叫重新標(biāo)度值域分析，即R/S分析(RescaledRangeR/SAnalysis)，是由HURST在1965年提出的一種處理時(shí)間序列的分析方法，他曾利用此法分析河流流量、樹木年輪、氣溫、降水量等許多自然現(xiàn)象，后由Mandelbort在理論上進(jìn)行補(bǔ)充完善，該方法廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)中的時(shí)間序列分析，其具體描述如下。

(2)

(3)

(4)

圖3　石羊河流域平原區(qū)地下水位1990～2010年下降幅度等值線圖Fig.3　Groundwater level perennial regime of region in the Shiyanghe River Basin

(5)

此值R(t,k)/S(t,k)反映了時(shí)間序列X(i)在起點(diǎn)t和時(shí)間間隔為k時(shí)的相對(duì)離均累積變幅。計(jì)算中選取所有時(shí)間起點(diǎn)t的R/S平均值，或者取部分t的R/S代替R/S。分析表明，存在一個(gè)常數(shù)H，對(duì)不同的時(shí)間間隔滿足以下關(guān)系式：

(6)

說明時(shí)間序列X(i)存在Hurst現(xiàn)象，H為Hurst指數(shù)，其值為0～1。

借助概率統(tǒng)計(jì)理論，假如是一個(gè)隨機(jī)游動(dòng)的時(shí)間序列，那么它的H應(yīng)該等于0.5，即累積離差的極差應(yīng)該隨觀測(cè)次數(shù)的平方根增加。當(dāng)H≠0.5時(shí)，時(shí)間序列觀測(cè)值就不是獨(dú)立的，每次觀測(cè)結(jié)果都帶有它之前發(fā)生的所有事件的“記憶痕跡”，即觀測(cè)量并不是獨(dú)立的隨機(jī)事件。近期的影響比遠(yuǎn)期的大，但殘留影響總是存在的。

因此，當(dāng)H=0.5時(shí)，C(t)=0，表明時(shí)間序列X(i)完全是隨機(jī)序列，否則時(shí)間序列X(i)中存在趨勢(shì)性成分，即Hurst指數(shù)與時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)函數(shù)之間存在下列關(guān)系

C(t)=22H-1-1

(7)

式中：C為相關(guān)性度量；H為Hurst指數(shù)。

因此，H對(duì)指示時(shí)間序列的發(fā)展趨勢(shì)具有明確的意義，在科學(xué)預(yù)報(bào)中得到廣泛應(yīng)用。實(shí)際工作中，往往對(duì)時(shí)間序列總體直接進(jìn)行Hurst分析，即k=m，H=[ln(R/S)]/[ln(m/2)]，m為時(shí)間序列長(zhǎng)度。

3.2地下水位變化趨勢(shì)分析

3.2.1地下水位的趨勢(shì)性評(píng)價(jià)結(jié)果

先用累積距平曲線來判斷地下水位的大體變化趨勢(shì)，再利用Kendall秩次相關(guān)分析判斷具體的趨勢(shì)走向。依據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)得到的累積距平變化過程如圖4，得到的每月Kendall秩次相關(guān)系數(shù)見表1。

表1　石羊河流域中下游地下水位Kendall秩次相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從表1可知，該地區(qū)的地下水位的每月變化以及多年來的變化都表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，全部通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，Kendall秩次相關(guān)系數(shù)為-2.29～-6.68，平均為-5.28。其中,綠洲區(qū)Kendall秩次相關(guān)系數(shù)為-5.02～-6.68，平均為-5.98。8月份最大平均為-6.08，4月份最小平均為-5.89；綠洲區(qū)外圍地帶Kendall秩次相關(guān)系數(shù)為-2.29～-5.53，平均為-4.59。4～6月份最大平均為-4.74，12月至翌年2月份最小平均為-4.33?？梢赃@樣說，綠洲區(qū)地下水位的下降幅度和趨勢(shì)大于綠洲區(qū)外圍地帶。

3.2.2地下水位的持續(xù)性評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)某個(gè)時(shí)間序列，時(shí)間長(zhǎng)度不同，它的Hurst系數(shù)也不相同。通常情況下，Hurst系數(shù)在早期的時(shí)間序列波動(dòng)比較大，隨后趨于平穩(wěn)，最后趨于穩(wěn)定。為研究石羊河流域平原區(qū)地下水位的持續(xù)性特征，筆者對(duì)1977～2015年實(shí)際觀測(cè)的地下水位時(shí)間序列作Hurst分析(表2)，比較各觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)空變化。

圖4　石羊河流域平原區(qū)地下水位累積距平變化過程Fig.4　Change curve of groundwater level cumulative anomaly in the middle-lower reaches of Shiyanghe River Basin

地帶點(diǎn)號(hào)1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年綠洲區(qū)外圍地帶3420.850.860.880.910.900.890.900.900.910.910.910.920.903600.860.840.870.890.780.870.880.880.870.830.860.860.873610.870.870.880.870.890.920.910.900.910.910.850.890.885450.840.860.880.850.880.850.850.910.910.930.900.9010.895260.820.830.840.860.810.880.850.890.880.870.870.820.866580.630.720.810.860.780.830.870.890.880.860.880.860.833380.740.780.880.740.750.730.870.880.880.810.780.780.813630.860.870.880.890.880.880.880.880.910.910.910.880.89平均0.820.840.870.870.850.860.880.880.880.880.880.870.87綠洲區(qū)990.950.950.960.960.960.960.960.960.960.960.960.950.9624-10.960.970.970.970.980.980.980.970.970.970.960.960.9730-30.960.940.950.950.940.930.920.910.950.930.940.940.95380.940.950.930.910.910.920.930.930.950.980.980.980.943500.920.910.910.920.920.930.940.930.930.920.920.910.925660.880.890.890.910.900.930.900.940.890.880.890.890.8931-20.890.900.940.930.930.910.840.840.890.960.970.980.915140.970.950.970.970.970.970.970.950.970.970.970.950.97平均0.930.930.930.930.930.940.920.920.930.940.940.940.93

由表2可以看出，石羊河流域中下游各觀測(cè)點(diǎn)地下水位的逐月變化和多年變化的Hurst系數(shù)都介于0.50～1.0，大部分觀測(cè)點(diǎn)的Hurst系數(shù)小于1.0，均值在0.90左右，表明地下水位依然在持續(xù)下降。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，綠洲區(qū)外圍地帶各觀測(cè)點(diǎn)的逐月平均Hurst系數(shù)介于0.71～0.91，平均為0.86，除位于武威盆地南部658號(hào)觀測(cè)點(diǎn)1月份較低(0.64)、民勤盆地北部沙漠342號(hào)觀測(cè)點(diǎn)12月份稍高(0.92)外，其他觀測(cè)點(diǎn)每月和多年的Hurst系數(shù)沒有太大差別，1～2月、5～6月份稍低，其余月份系數(shù)差別不明顯。綠洲區(qū)各觀測(cè)點(diǎn)的逐月平均Hurst系數(shù)介于0.88～0.98，平均為0.93，一般7～8月份系數(shù)略低，10～12月份系數(shù)稍高，其余月份和多年的Hurst系數(shù)差別不大，變化幅度很?。晃挥谖渫璧氐叵滤_采中心的514號(hào)觀測(cè)點(diǎn)和位于民勤盆地北部地下水開采最集中的24-1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)Hurst系數(shù)高達(dá)0.96～0.97，為全區(qū)最高。說明開采量越大的地帶地下水位下降幅度也越大，相應(yīng)的Hurst系數(shù)越高。計(jì)算結(jié)果表明，綠洲區(qū)地下水位的逐月變化和多年變化的Hurst系數(shù)遠(yuǎn)高于綠洲區(qū)外圍地帶，說明綠洲區(qū)地下水位下降的持續(xù)性比綠洲區(qū)外圍地帶更強(qiáng)，從而佐證了引起流域中下游地下水位持續(xù)下降的主要原因是超采地下水的觀點(diǎn)。進(jìn)一步表明筆者所采用的Kendall秩次相關(guān)系數(shù)和Hurst指數(shù)法是可行的，對(duì)于研究地下水的水位持續(xù)變化有著現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

4　地下水位下降成因分析

以石羊河流域上游武威盆地涼州區(qū)為例，水資源從上游山區(qū)到平原地下水溢出排泄經(jīng)歷了復(fù)雜的轉(zhuǎn)化過程：山區(qū)降水→河水→地下水→泉水和人工開采→地下水，“河水—地下水—泉水”三水轉(zhuǎn)化是本區(qū)地下水系統(tǒng)的天然循環(huán)特征，地下水的利用實(shí)質(zhì)上是地表水的重復(fù)利用，造成區(qū)域地下水位持續(xù)下降的主要原因如下。

(1)石羊河流域50a來出山徑流量總體呈下降趨勢(shì)，河源來水量減少。年際變化可分為4個(gè)階段：1955～1968年的下降段，平均徑流量48.3m3/s；1969～1990年的平穩(wěn)段，平均徑流量44.1m3/s；1991～2002年的下降段，平均徑流量40.2m3/s；2003～2014年的平穩(wěn)段，平均徑流量44.1m3/s。河流天然來水量的普遍減少，主要原因是青藏高原東北部氣溫持續(xù)升高，流域蒸發(fā)量增大，降水量減少，致使流域產(chǎn)流量減少；其次表現(xiàn)在人為因素對(duì)流域下墊面條件的改變，破壞了流域原有的蓄水條件，造成水土嚴(yán)重流失(丁宏偉等，2002，2003，2007)。

(2)高襯砌渠網(wǎng)化，造成滲漏補(bǔ)給地下水量減少。出山河流各引水干渠襯砌率達(dá)100%，支渠襯砌率大于90%，渠系利用率大于70%。以1995年和1978年河源來水量基本相同對(duì)比，由于渠系襯砌率提高，增大了地表水利用率，但河渠水滲漏量減少，滲漏補(bǔ)給地下水量減少約0.47億m3。

(3)水資源引用格局變化，地下水過量開采。武威平原是一個(gè)古老的山水、泉水灌區(qū)，自1965年開始在山水與泉水灌區(qū)間的“盲腸”地帶打井，泉灌面積由1966年的30.6萬畝削減至2.7萬畝，井灌面積由1.9萬畝至現(xiàn)在超過50萬畝。改變了原有的山、泉水灌區(qū)的自然布局，形成現(xiàn)在的井、泉灌區(qū)和山、井水灌區(qū)及純山水灌區(qū)的格局，涼州區(qū)域內(nèi)井采面積為1 273.6km2，井采集中區(qū)地下水開采模數(shù)為33萬m3/km2·a，邊緣地帶地下水開采模數(shù)小于20萬m3/km2·a，而目前地下水位下降幅度大的范圍正是井灌為主的地區(qū)，也即地下水位持續(xù)下降的主要原因之一是地下水過量開采所致。

(4)泉水量衰減導(dǎo)致武威盆地入下游民勤盆地水量減少。受上游河源來水量減少、地下水超采等因素影響，武威城北230多條泉溝完全干枯，占原有泉溝的79%，泉水溢出帶平均下移2～5km，泉水溢出量由50年代的4.38億m3/a，衰減至現(xiàn)狀的1.5億m3/a左右，造成下游民勤盆地用水告急。

(5)用水格局不均衡，單位耗水成本大。河西走廊是中國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地之一，“沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)”是武威地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本特征，地下水總開采量中農(nóng)業(yè)灌溉用水量占總量比例超過85%。

5　結(jié)論

(1)該區(qū)域地下水位存在著顯著的季節(jié)性和年際動(dòng)態(tài)性變化特征，根據(jù)計(jì)算結(jié)果來看，未來該區(qū)域地下水位基本上處在持續(xù)的下降過程中。

(2)通過對(duì)64個(gè)地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)性(Kendall秩次相關(guān)系數(shù))和持續(xù)性(Hurst系數(shù))計(jì)算分析，研究區(qū)地下水位的每月變化和多年變化均呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)性，全部通過了0.05顯著性檢驗(yàn)，Kendall秩次相關(guān)系數(shù)為-2.28～-6.69，平均為-5.27，綠洲區(qū)地下水位下降幅度和趨勢(shì)高于綠洲區(qū)外圍地帶；地下水位的逐月變化和多年變化的Hurst系數(shù)都為0.5～1.0，大多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)的Hurst系數(shù)接近于1.0，平均為0.90左右，說明研究區(qū)地下水位下降的持續(xù)性明顯，且綠洲區(qū)地下水位下降的持續(xù)性比綠洲區(qū)外圍地帶更強(qiáng)。從而佐證了引起石羊河流域中下游地下水位持續(xù)下降的主要原因是超采地下水的觀點(diǎn)。

(3)河源來水量減少、河渠水利用率提高和地下水過量開采是導(dǎo)致石羊河流域地下水水位持續(xù)下降的主要原因。其根本上應(yīng)從調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)、挖潛節(jié)能降低工業(yè)萬元產(chǎn)值耗水量入手，嚴(yán)格實(shí)施取水許可制度為核心的水資源管理機(jī)制，全面實(shí)現(xiàn)水資源的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一發(fā)放取水許可證、統(tǒng)一征收水資源費(fèi)、統(tǒng)一管理水量水質(zhì)的“五統(tǒng)一”管理。

(4)加強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立有效的水位與水量監(jiān)測(cè)、水污染防治監(jiān)管機(jī)制，以利于政府供水資源管理及調(diào)配。

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Dynamic Variation of Groundwater Level in the Middle-Lower Reaches of Shiyanghe River Basin for Nearly 40 Years

HU Haihua1,DING Hongwei2, HE Bingying3

(1.ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430205,Hubei,China; 2.GansuProvinceBureauofGeologyandMineralExploitationandDevelopment,Lanzhou730000,Gansu,China; 3.No.3GeologyandMineralExploitationTeam,GansuProvinceBureauofGeologyandMineralExploitationandDevelopment,Lanzhou730000,Gansu,China)

LocatedintheeasternpartoftheHexiCorridor,theShiyangriverbasinisthemosteconomicallydevelopedregioninthewholenorthwestregion.However,thewatershortage,contradictionandcontinuousdeteriorationofenvironmentarealsoconcentratedinthisarea.Accordingtothetimeseriesobservationdatafrom64observationpointsduring1977-2015inthemiddleandlowerreachesofShiyangRiverBasininHexiCorridor,theseasonalvariation,dynamicchanges,typesandplanedistributionsoveryearsofthegroundwaterlevelinstudyareahavebeenelaborated.Andthen,thecharacteristicsoftendencyandsustainabilityofthegroundwaterlevelhavebeenanalyzedthroughusingKendallrankcorrelationcoefficientandHurstexponent.Finally,thereasonofthedeclineofgroundwaterlevelhasbeenexplainedbycomputeddata.Theresultsindicatethatboththetendencyandsustainabilityofgroundwaterlevelintheplainsaredifferenttheonesinoasisareasandcorrespondingperipheralareas,witheffectivelyverifiedannualandmonthaverages.Thegroundwaterlevelinoasisareasowesgreaterdecreaseamplitudeandrateanddurationthanthatinperipheralareas.

tendency;persistence;groundwaterlevel;ShiyangheRiverBasin

2016-03-24；

2016-04-20

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“河西走廊地下水勘查”(20001040020073)

胡海華(1973-)，女，副教授，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)。E-mail：240488380@qq.com

P641.2

A

1009-6248(2016)03-0164-11