若爾蓋高寒濕地花湖周邊地下水潛水位埋深監(jiān)測

祝瑋, 溫平, 顧海軍, 孫治宇, 趙杰, 戴強(qiáng)

1.若爾蓋濕地國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，四川 阿壩 624500；

2.中國科學(xué)院成都生物研究所，四川 成都 610041；

3.西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637002；

4.四川省野生動物資源調(diào)查保護(hù)站，四川 成都 610082；

5.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610066

地下水(Ground water)，是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。在國家標(biāo)準(zhǔn)《水文地質(zhì)術(shù)語》中[1]，地下水是指埋藏在地表以下各種形式的重力水。其中潛水指保水帶中第一個具有自由表面的含水層中的水，潛水面上一般無穩(wěn)定的隔水層，具有自由表面。潛水在重力作用下，有從水位高處流向水位地處的趨勢。潛水可以通過地表接受大氣降水、凝結(jié)水、地表水的直接補(bǔ)給，因而水位、流量和化學(xué)成分會隨時間變化而變化。潛水的埋藏深度指潛水面至地表面的距離，即潛水位埋深一般也叫做地下水位埋深。地下水埋深變化是地下水資源量變化的最直接的表現(xiàn)，是地下水變化研究中最重要的控制性指標(biāo)[2]。

濕地是一種獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，它是陸地和水的相互作用中形成的一種自然復(fù)合體，分布在世界各地與森林和海洋并稱為全球三大生態(tài)系[3,4]。地下水是濕地的重要組成部分，影響到整個濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5,6]。濕地地下水位的變化通常會側(cè)面體現(xiàn)人為活動的影響或氣候的變化[7-9]，另一方面地下水埋深影響著土壤含水量、含鹽量和植被的生長發(fā)育[10-12]。若爾蓋濕地是世界上面積最大、保存最完好的高原泥炭沼澤濕地[13]，近些年來隨著全球氣候變化和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，若爾蓋濕地面臨濕地萎縮、草場退化和沙化等問題[14]。開展對濕地地下水位埋深的研究有利于為保護(hù)區(qū)制定相關(guān)保護(hù)政策提供重要的數(shù)據(jù)支撐，本文以若爾蓋濕地花湖區(qū)域五個地下水位監(jiān)測點(diǎn)2015-2016 的數(shù)據(jù)來分析地下水位的季節(jié)性和年度變化。

1 研究區(qū)概況

若爾蓋濕地位于青藏高原東緣，四川省、青海省、甘肅省交界處，是中國面積最大、泥炭資源最為豐富的高原泥炭沼澤。在四川省境內(nèi)若爾蓋濕地的濕地面積為59.39 萬hm2，其中沼澤濕地面積為56.84 萬hm2，湖泊濕地面積0.21 萬hm2。該區(qū)域年平均降水量：656.8 mm，變化范圍為493.6 mm～836.7 mm，年蒸發(fā)量1 233.2 mm。變化范圍：1 200～1 352 mm；年均氣溫0.7 ℃，變化范圍：0.1～9.2 ℃；≥0 ℃年均積溫1803 ℃，≥10 ℃年均積溫 311.8 ℃。該保護(hù)區(qū)濕地水源補(bǔ)給為綜合補(bǔ)給，間歇性流出，積水狀況為季節(jié)性積水。若爾蓋濕地是黃河上游重要的水源補(bǔ)給地，對下游水量均衡起著重要的調(diào)節(jié)作用（中國濕地資源四川卷）[15]。本文研究點(diǎn)位于若爾蓋濕地國家級自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，保護(hù)區(qū)位于若爾蓋濕地的核心位置，在四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣境內(nèi)，總面積16.6 萬hm2。保護(hù)區(qū)生物多樣性豐富，有黑頸鶴等眾多特有物種和瀕危稀有物種[16,17]。

2 研究方法

監(jiān)測點(diǎn)位于四川省若爾蓋濕地國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的花湖東北側(cè)陸地，從花湖岸邊起，在季節(jié)性沼澤和草地區(qū)域，大致沿直線每隔1 km 左右設(shè)置1 個地下水位監(jiān)測點(diǎn)，共設(shè)置5 個（花湖-1 號～5 號），另在花湖大壩側(cè)設(shè)置1 個地下水位監(jiān)測點(diǎn)（花湖-6 號）（見圖1）。所有監(jiān)測井均位于花湖的集水區(qū)內(nèi)，其中2 號監(jiān)測井位于公路旁的草地上，1 號監(jiān)測井位于極緩坡草地中，3～6 號監(jiān)測井位于季節(jié)性沼澤中。

圖1 地下水位監(jiān)測點(diǎn)Fig.1 Distribution map of monitoring points for groundwater depth

地下水位監(jiān)測井以高密度聚乙烯管(PE 管)為井道，PE 管強(qiáng)度高，具有較強(qiáng)的抗腐蝕、防老化作用，可以提高監(jiān)測井壽命，井口內(nèi)徑90 mm。監(jiān)測井中段開孔，以60 目尼龍濾網(wǎng)的包裹以防止泥沙滲入堵塞井道。測量井外周以黏土、沙土、黏土的順序分段填充。監(jiān)測井最大測量深度205 cm。為固定監(jiān)測井，便于測量，井口以50×50×15 cm（長×寬×厚）的水泥基座固定。為減少監(jiān)測井對草場的影響，也防止監(jiān)測井被破壞，監(jiān)測井完成后，將原址草皮回填。

潛水位埋深使用帶感應(yīng)器的地下水位測量儀測量，單位為厘米，精度記至厘米位。埋深值越小，地下水水位越高。2015 年和2016 年，每年3、6、9、12 月份各測量一次潛水位埋深，2017 年僅采集了3，6，9 月份的數(shù)據(jù)，12 月份數(shù)據(jù)缺失。

數(shù)據(jù)使用Excel 整理統(tǒng)計(jì)，Pearson 相關(guān)性分析使用R 語言的cor.test 函數(shù)分析[18]。

3 結(jié)果與分析

3.1 各監(jiān)測點(diǎn)地下水位變化

由于2017 年缺少12 月的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，故只分析2015 年和2016 年各監(jiān)測點(diǎn)地下水潛水埋深年均值（見圖2）?？梢钥闯觯ê浇鞅O(jiān)測之間的地下水埋深差異較大，地下水埋深最淺的監(jiān)測點(diǎn)為花湖-3 號，潛水位平均埋深14.9 cm，年際變化在2～34 cm；地下水埋深最深的監(jiān)測點(diǎn)為花湖-5 號，潛水位平均埋深128.3 cm，年際變化在67-197 cm。年均潛水位埋深最大差異達(dá)到113.4 cm，這也說明在花湖東側(cè)小范圍內(nèi)地下水潛水位的空間變化就已經(jīng)很大，提示該區(qū)域地下水潛水位異質(zhì)性高。

圖2 各監(jiān)測點(diǎn)平均地下水潛水位埋深兩年平均值（2015—2016）Fig.2 Average groundwater depth at each monitoring point from 2015—2016

3.2 地下水位的時間變化

對比分析2015、2016、2017（缺12 月數(shù)據(jù)）年地下水潛水埋深隨季節(jié)變化情況，可看出地下水潛水位埋深最淺的季節(jié)夏秋季（6 月、9 月），其中2016年和2017 年是9 月最淺，2015 年是6 月最淺。冬季（3 月、12 月）地下水潛水位埋深最淺（見圖3）。

圖3 地下水監(jiān)測點(diǎn)月均潛水位埋深變化Fig.3 Changes of monthly average groundwater depth at each monitoring point

比較各個監(jiān)測點(diǎn)的潛水埋深的2015 年和2016年年度極差的平均值發(fā)現(xiàn)，花湖-3 號監(jiān)測點(diǎn)的潛水埋深年度極差最小，僅僅23.1 cm，而花湖-4 號潛水埋深極差最大，達(dá)到100.5 cm。這說明各個監(jiān)測點(diǎn)之間不僅潛水位差異大，潛水位的季節(jié)變化差異也很大（見圖4）。

相關(guān)分析表明潛水位年度極差與潛水位年均埋深有顯著的相關(guān)性（Pearson 相關(guān)性分析,r= 0.8577,t4= 3.3358,P= 0.0289）。這說明年均潛水埋深越淺的區(qū)域潛水位季節(jié)性變化越小，而潛水埋深越深的區(qū)域潛水位季節(jié)性變化越大（見圖5）。

圖4 地下水位監(jiān)測點(diǎn)潛水位年度極差平均值（2015—2016）Fig.4 Average annual range of groundwater depth at each monitoring points (2015—2016)

圖5 潛水位埋深與潛水位年度極差相關(guān)性Fig.5 Correlation between groundwater depth and annual range of groundwater depth

4 結(jié)論與討論

濕地與地下水含水層，尤其是淺水層關(guān)系密切，當(dāng)周圍陸地潛水水位高于濕地水位時，地下水就會流入濕地，為濕地補(bǔ)水；當(dāng)周圍陸地潛水水位低于濕地水位時，地下水就會從濕地流向周圍陸地[19,20]。地下水作為水循環(huán)和水資源轉(zhuǎn)化中的重要因素之一，對保障河流流量和湖泊水位以及維持生態(tài)系統(tǒng)起重要作用[21,22]。3 號監(jiān)測井常年潛水層水位較高，水位變化不大，這是因?yàn)樵摫O(jiān)測井位于季節(jié)性沼澤中，且該監(jiān)測井距離花湖較遠(yuǎn)，潛水層受花湖影響較小。4～6 號監(jiān)測井雖然也位于季節(jié)性沼澤中，但是距離花湖較近，其潛水層向花湖補(bǔ)水強(qiáng)烈，因此在夏季降雨多時潛水位很高，冬季潛水位卻很低?；ê鏊谛拗髩魏?，冬季也能保持相對較高的水位，對周邊潛水層的抽吸作用相對減少。如果沒有修筑大壩，該區(qū)域的潛水位可能還會進(jìn)一步降低。花湖出水口大壩的修筑可以起到一定的穩(wěn)定周邊濕地地下水位的作用?；ê?、2 號監(jiān)測井位于草地上，2 年平均潛水位卻比季節(jié)性沼澤中的4～6號井還高，這主要是因?yàn)閮蓚€監(jiān)測井遠(yuǎn)離花湖，潛水層受花湖的抽吸作用較弱。

影響潛水層水位變化的因素很多，既有降雨、蒸發(fā)等氣候因素，也受地下隔水面的地質(zhì)條件影響，但是通過長期定點(diǎn)監(jiān)測，可以指示該區(qū)域濕地的水文變化。從2015—2017 年的監(jiān)測結(jié)果看，雖然年度間存在一定變化，但是尚無明確的趨勢，還需要繼續(xù)開展監(jiān)測工作。

另一方面，若爾蓋濕地被譽(yù)為地球之腎，既是長江黃河上游最重要的水源涵養(yǎng)地之一同時也承擔(dān)無比重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[23,24]。近幾十年來由于人為原因和自然因素的綜合影響，若爾蓋濕地發(fā)生了一定程度的退化，沼澤質(zhì)心發(fā)生了一定程度的偏移[25,26]。由于地下水位變化通常作為反映濕地生態(tài)環(huán)境變化的一個重要指標(biāo)，因此開展?jié)竦氐叵滤坏难芯坑兄谙嚓P(guān)管理部門政策制定，另一方面地下水作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，對濕地地下水位的監(jiān)測也有助于對整個濕地生態(tài)系統(tǒng)變化的研究。