黑河流域中游荒漠區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)變化

薛春 張虎 肖明敏 劉建海

摘要 利用紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站2006—2019年地下水監(jiān)測(cè)井的地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合該試驗(yàn)站的氣象數(shù)據(jù)，分析荒漠區(qū)地下水位標(biāo)高的月動(dòng)態(tài)和年動(dòng)態(tài)變化及其與降水量的關(guān)系。結(jié)果表明，地下水位標(biāo)高在3—7月呈逐漸上升的趨勢(shì)，7—12月呈逐漸下降的趨勢(shì)。地下水位標(biāo)高在14年間是不斷減小的。地下水位標(biāo)高月動(dòng)態(tài)變化與降水量呈顯著相關(guān)（P<0.01），而年動(dòng)態(tài)變化與降水量相關(guān)性不顯著（P>0.05）。

關(guān)鍵詞 荒漠區(qū);地下水位;動(dòng)態(tài)變化;降水量;黑河流域中游

中圖分類(lèi)號(hào) P641.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2021）02-0036-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.011

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Dynamic Changes of Groundwater Level in Desert Areas in the Middle Reaches of Heihe River Basin

XUE Chun， ZHANG Hu， XIAO Mingmin et al

（Academy of Water Resource Conservation Forests of Qilian Mountains in Gansu Province， Test Station of Prevention and Control of Desertification in Hongshawo， Zhangye， Gansu 734000）

Abstract Based on the observation data of groundwater level from the groundwater monitoring wells of Hongshawo experimental station for comprehensive control of desertification from 2006 to 2019， and combined with the meteorological data of the experimental station， the monthly and annual dynamic changes of groundwater level elevation in desert areas and their relationship with precipitation were analyzed.The results showed that the groundwater level gradually increased from March to July and gradually decreased from July to December.The groundwater level elevation had been decreasing continuously in 14 years.The monthly dynamic change of groundwater level elevation was significantly correlated with precipitation （P<0.01）， while the annual dynamic change was not correlated with precipitation （P>0.05）.

Key words Desert area;Groundwater level;Dynamic change;Precipitation;Middle reaches of Heihe River Basin

基金項(xiàng)目 國(guó)家林業(yè)和草原局項(xiàng)目“黑河流域荒漠化和沙化定位監(jiān)測(cè)”;甘肅省林業(yè)和草原局林業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目“張掖市北部荒漠植被生態(tài)效益監(jiān)測(cè)研究”（2015kj014）。

作者簡(jiǎn)介 薛春（1981—），男，甘肅張掖人，助理工程師，從事荒漠生態(tài)和森林生態(tài)研究。

收稿日期 2020-05-26

地下水作為水循環(huán)的重要組成部分，在穩(wěn)定區(qū)域水資源、維系生態(tài)系統(tǒng)功能、保護(hù)生物多樣性、保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面扮演著非常重要的作用[1-2]，特別是地處荒漠區(qū)的地下水起著關(guān)鍵作用，其多分布在山前沖—洪積傾斜平原區(qū)和大型斷陷地河谷平原區(qū)[3-4]。分布在黑河流域中游荒漠區(qū)的地下水受構(gòu)造條件、沉積物和地貌等條件的制約，地下水屬于典型的“河流-含水層”水資源系統(tǒng)[5]。目前，對(duì)黑河中游地下水的時(shí)空變化異質(zhì)性[6]、水文過(guò)程模擬[7]、土地利用對(duì)水資源的響應(yīng)[8]等方面進(jìn)行了研究，這些研究多集中在較大尺度或者在中等流域尺度上進(jìn)行的地下水資源研究，而小尺度包括荒漠區(qū)地下水資源研究少見(jiàn)。因此在荒漠區(qū)環(huán)境下對(duì)地下水的合理利用非常關(guān)鍵，如近年來(lái)注重在荒漠區(qū)發(fā)展沙產(chǎn)業(yè)、建立農(nóng)業(yè)生態(tài)示范基地、進(jìn)行植被生態(tài)恢復(fù)等都需要利用地下水資源，加上在近年來(lái)對(duì)荒漠區(qū)地下水動(dòng)態(tài)研究更少。該研究依托建在黑河流域中游荒漠區(qū)的紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站地下水觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析荒漠區(qū)的地下水位標(biāo)高月動(dòng)態(tài)和年動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，并分析二者的變化與降水量的關(guān)系，以期為黑河流域中游荒漠區(qū)地下水資源的合理利用和管理提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑河流域中游的荒漠區(qū)，因地處大陸腹地且遠(yuǎn)離海洋，加上大氣環(huán)流的控制及周邊高原和沙漠的影響，形成了典型的溫帶大陸性干旱氣候，建在該荒漠區(qū)的國(guó)家級(jí)紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站（100°31′56″E、39°01′46″N）[9]氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，近10年來(lái)荒漠區(qū)地溫（5 cm）均值為11.8 ℃，土壤濕度均值為3.6%，大氣溫度均值為8.5 ℃，大氣濕度均值為43.4%，年均降水量為144.2 mm，年均蒸發(fā)量為1 124.3 mm，盛行西北風(fēng)，年均風(fēng)速為0.9 m/s。天然植被分布稀疏，主要分布紅砂（Reaumuria songarica）、泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）、白刺（Nitraria tangutorum）等旱生植物。研究區(qū)人為活動(dòng)明顯，特別是為發(fā)展工農(nóng)業(yè)，消耗了當(dāng)?shù)氐拇罅克Y源，加上不合理的開(kāi)采和分水政策的實(shí)施造成了地下水資源的強(qiáng)烈變化。

1.2 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)來(lái)源于黑河流域中游荒漠區(qū)的國(guó)家級(jí)紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站，試驗(yàn)站建有地下水監(jiān)測(cè)井2眼，其中一眼觀測(cè)時(shí)間較遲，始于2014年，該研究利用的數(shù)據(jù)來(lái)自另一眼地下水位監(jiān)測(cè)井，該地下水位監(jiān)測(cè)井觀測(cè)始于2006年，地理位置為100°30′54″E、39°00′40″N，監(jiān)測(cè)井口徑大小為30 cm，深度為20 m。每月15日觀測(cè)地下水監(jiān)測(cè)井水位標(biāo)高。降水量數(shù)據(jù)來(lái)源另一眼地下水位監(jiān)測(cè)井附近的一套移動(dòng)式的氣象站，觀測(cè)頻率為每小時(shí)觀測(cè)一次。

將所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)利用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行地下水位標(biāo)高時(shí)間動(dòng)態(tài)變化和年份變化的趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析;利用SPSS Statistics軟件對(duì)地下水位標(biāo)高和降水量進(jìn)行了簡(jiǎn)單的兩兩相關(guān)分析，識(shí)別地下水位標(biāo)高對(duì)降水量的響應(yīng)程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水月動(dòng)態(tài)變化

對(duì)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井的水位標(biāo)高月動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖1），研究時(shí)段內(nèi)地下水位標(biāo)高的月動(dòng)態(tài)變化呈現(xiàn)明顯的單峰型變化特性。1—3月份，地下水位標(biāo)高變化不明顯，其水位大小為83.5～98.9 cm;從3月份開(kāi)始，地下水位標(biāo)高逐漸升高，到7月份，其地下水位標(biāo)高達(dá)到最大值，即從3月份的83.5 cm升高至541.4 cm;從7月份開(kāi)始，除11月份有較小的波動(dòng)外，地下水位標(biāo)高逐漸下降，即從7月份的541.4 cm下降至12月份的114.0 cm。

2.2 地下水年動(dòng)態(tài)變化

對(duì)地下水監(jiān)測(cè)井的水位標(biāo)高年動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖2），研究時(shí)段內(nèi)地下水位標(biāo)高呈不明顯的波動(dòng)性變化特性，地下水位標(biāo)高最小值是193.8 cm（2015年），最大值是353.7 cm（2013年），研究時(shí)段內(nèi)的地下水位標(biāo)高總體上呈下降的變化趨勢(shì)，地下水位的下降將導(dǎo)致地下水位埋深的不斷增加。

2.3 地下水與降水量的相關(guān)性分析

對(duì)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井的水位標(biāo)高月動(dòng)態(tài)變化和月降水量進(jìn)行相關(guān)性分析，Spearman相關(guān)系數(shù)為0.911，水位標(biāo)高月動(dòng)態(tài)變化和月降水量呈極顯著相關(guān)性（P<0.01），表明地下水位標(biāo)高月動(dòng)態(tài)變化取決于月降水量。同時(shí)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井的水位標(biāo)高年動(dòng)態(tài)變化和年降水量進(jìn)行相關(guān)性分析，Spearman相關(guān)系數(shù)為0.109，水位標(biāo)高年動(dòng)態(tài)變化和年降水量相關(guān)性不顯著（P>0.05），說(shuō)明地下水位標(biāo)高的年動(dòng)態(tài)變化與年降水量的影響無(wú)關(guān)。

3 結(jié)論與討論

研究區(qū)監(jiān)測(cè)井地下水位標(biāo)高從春季的3月份到夏季的7月份逐漸升高，說(shuō)明地下水的補(bǔ)給量大于其開(kāi)采利用量，其補(bǔ)給量主要來(lái)源于出山河水、引灌河水的垂向入滲補(bǔ)給和山區(qū)側(cè)向流入量、降水、凝結(jié)水入滲補(bǔ)給，其開(kāi)采利用量在研究區(qū)主要是農(nóng)業(yè)灌溉（特別是4—6月份）、城市工業(yè)和生活用水[5]。7—12月份地下水位標(biāo)高呈逐漸下降的趨勢(shì)，說(shuō)明開(kāi)采利用量大于其補(bǔ)給量;其他月份的波動(dòng)不是太大，即1—3月份開(kāi)采利用量較小。水位標(biāo)高年動(dòng)態(tài)變化表明，地下水位是逐年減少的，原因一方面是農(nóng)田和治沙林地灌溉面積的增加，另一方面是地表水發(fā)生了再分配[10]，地表水的減少，使得荒漠區(qū)的地下水資源補(bǔ)給能力減弱，為了滿足農(nóng)田和林地需要保證，就需要開(kāi)采大量的地下水，導(dǎo)致了區(qū)域地下水位的下降。影響地下水位變化的原因有多種因素，該研究對(duì)地下水位和降水量的相關(guān)性分析表明，月降水量明顯地影響地下水位標(biāo)高的變化，可見(jiàn)，研究區(qū)的地下水位標(biāo)高變化在一定程度上受控于區(qū)域降水量，研究結(jié)論與牛赟等[9]的研究結(jié)論一致。而年降水量對(duì)地下水位標(biāo)高變化無(wú)影響，說(shuō)明在研究區(qū)降水對(duì)地表水的作用弱于其他因子的作用，如土地利用變化的影響、水資源利用率。

因此，通過(guò)該研究認(rèn)為在荒漠區(qū)地帶做好扭轉(zhuǎn)地下水位的下降，考慮從以下方面著手，調(diào)配地表水和地下水資源的合理利用;調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，避免農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地的擴(kuò)張，引進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)，節(jié)約水資源;做好地表水和地下水交換區(qū)的生態(tài)治理，如荒漠區(qū)周邊的濕地生態(tài)恢復(fù)治理。

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