武威盆地不同土地利用类型下的地下水位时空动态分析

秦俊桃

（中国水利水电科学研究院 泥沙研究所，北京 100048）

武威盆地不同土地利用类型下的地下水位时空动态分析

秦俊桃

（中国水利水电科学研究院 泥沙研究所，北京 100048）

采用ArcGIS中UK法，研究了西北干旱内陆区石羊河流域中游武威盆地1983—1999年的地下水位变化。计算结果表明：该地区地下水位分布由西南向东北递减，且在20世纪90年代其地下水位的下降趋势明显。并在此基础上，分析比较了农耕地、河流边缘、城镇、沙漠边缘、草地、林地等6种不同的土地类型在这近20年的地下水位埋深变化及其年均降幅。结果表明，不同土地类型的地下水位埋深的年均降幅并不相同，依次是：城镇最大；农耕地和草地次之；沙漠边缘和河流边缘地区较小；林地最小。

干旱内陆区；武威盆地；土地类型；地下水位

1 研究背景

自20世纪50年代后期以来，由于人口迅速增长，甘肃省石羊河流域武威盆地灌溉面积逐渐扩大，灌溉需水量也随之增大，仅仅依靠逐渐减少的地表来水不能完全满足需求，于是机井逐步开始兴建。目前，武威盆地已建成各类机井将近4000眼，地下水已严重超采［1-3］，随之带来了一系列生态问题。另外，由于对石羊河流域的水资源缺乏统一的调度管理，上下游的水资源分配不均，中下游人民缺水日趋严重，进一步加深了他们对地下水的依赖。目前原有的大部分泉水已经干涸，地下水位大面积、长时间持续下降，导致荒漠生态系统大面积消失，防风固沙林地和草地已残留无几［4］。闫金凤等［5］对不同土地利用模式下在三工河流域绿洲区地下水进行了模拟预测，结果表明，绿洲上部主要城镇聚集区地下水位逐渐下降，下部地下水位呈现缓慢上升趋势。耕地作为显著变化的土地利用类型，成为影响区域地下水资源的决定性因素。周剑等［6］分析地下水位变化与土地利用类型转移之间的关系，结果表明地下水位和土地利用的时空变化具有密切的相关性，地下水位急剧变化的区域均是自然植被变化加剧的区域。本文分析了20世纪80、90年代武威盆地在不同土地利用状况下，我国西北干旱内陆区地下水位的时空变化规律。

2 研究区域及地下水监测井布置

石羊河流域是甘肃省河西走廊三大内陆河流域之一，位于祁连山东段与巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠南缘之间，东经101°41′—104°16′，北纬36°29′—39°27′，流域面积4.16万km2。武威盆地位于石羊河流域中游，其总地势由西南向东北倾斜，海拔高程1440～3262.9 m［7-9］。研究区域面积2524.56 km2。该区气候干燥，降水稀少，多年平均降水量266.4 mm，自东北向西南随海拔增加而增加，为90～600 mm。年均气温-12.2～8.7℃。

因后期资料观测间断和收集困难等问题，本文数据资料仅选取自《甘肃省石羊河中下游地下水动态观测年鉴（1980—1999）》和2003年西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室制作的1∶250000的石羊河流域土地利用现状图，并使用1∶250000数字高程模型DEM，空间分辨率为100 m×100 m。该区海拔高度变化范围为1450～1739 m，地势由西南山区向东北平原倾斜。对武威地区不同土地利用类型的地下水时空变化进行分析［10-19］。利用GIS和石羊河流域土地利用现状图，随机选取6种不同土地利用类型，27个典型井位点。土地利用类型包括农耕地、城镇、林地、草地、沙漠边缘、河流边缘。同样的选取方式，林地选取了井位553、600、601和615；草地选取了井位524、573、623和636；城镇选取了井位592、599、611、612和618；沙漠边缘选取了靠近武威地区的井位585、587、590、617和625（见图1）。分别对这6种不同的土地利用类型的4～5个典型点进行分析，比较不同的土地利用类型在1983—1999年的地下水位变化及年内降幅。

图1 研究区域

3 结果分析

3.1 区域地下水位变化对20世纪80年代初、90年代初、90年代末的地下水位进行比较，如图2所示。结果表明，地下水位变化的总趋势是由西南向东北递减，与实际相符。80年代到90年代初，地下水位逐年下降，但下降速度并不明显；90年代初到90年代末，地下水位下降明显，地下水位值均小于1580 m。

图2 武威地区地下水位变化

3.2 农耕地武威地区农耕地灌溉以水库供给地表水和机井抽取地下水为主。随着灌区面积的扩大、人口增长、工业发展，地表用水不能满足需要，地下水抽取日益增加。本文随机选取了分布于武威地区及其边缘农耕地的井位点579、588、608、620和621，研究分析了1983—1999年的地下水位埋深变化。如图3所示，地下水位埋深呈上升趋势，趋势明显，地下水位年均下降速率0.37 m。

3.3 河流边缘随机选取位于武威地区石羊河上游的井位点525、583和东干渠下游井位点589、594分析1983—1999年的地下水位埋深变化。如图4所示，因红崖山水库1983—1997年年径流量为1.68亿m3，水量较丰沛，而该区域地下水抽取量较少，且地表水不断补给地下水，故井位点525和583的埋深变化小；金塔河下游的南营水库1983—1997年年径流量为1.3亿m3，水量也较丰沛，但东干渠下游城镇和耕地较多，用水量大，故井位点589和594的地下水位埋深增加趋势也较明显，地下水位年均下降速率0.09 m。

图3 农耕地地下水位埋深变化

图4 河流上游地下水位埋深变化

3.4 城镇随机选取了位于武威地区西坝乡、武威市、高坝镇、六坝乡和清源镇附近的井位点592、599、611、612和618进行分析。如图5所示，各井位点地下水位埋深呈上升趋势，其中，井位点612变化最大，地下水位年均下降速率0.73 m。

3.5 沙漠边缘选取位于腾格里沙漠边缘的井位点585、587、590、617和625。因沙漠边缘耕地少，人为扰动少，如图6所示，各井位点地下水位埋深趋势平缓，地下水位年均下降速率0.1 m。

图5 城镇地下水位埋深变化

图6 沙漠边缘地下水位埋深变化

3.6 草地选取位于武威地区的井位点573、524、636和623。因草地区域用水量相对较少，地下水抽取量小，如图7所示，各井位点埋深趋势较平缓，其中，井位点636附近有较多耕地，故用水量比其他井位大，趋势变化明显。草地的地下水位年均下降速率0.29 m。

3.7 林地选取位于武威地区的井位点553、615、600和601分析。因林地用水量少，地下水抽取量小，且林地有涵养水源的功能，如图8所示，各井位点埋深趋势平缓。林地的地下水位年均下降速率0.06 m。

图7 草地地下水位埋深变化

图8 林地地下水位埋深变化

4 结语

通过对武威地区20世纪末20年的地下水位的分析发现，该地区地下水位的总体趋势是由西南向东北逐渐递减。80年代到90年代初，地下水位逐年下降，但下降速度并不明显；90年代初到90年代末，地下水位下降明显，地下水位值均小于1580 m。同时，在此基础上，分析了1983—1999年农耕地、河流边缘、城镇、沙漠边缘、草地、林地等6种不同的土地类型的地下水位埋深变化及年均降幅。结果表明，城镇降幅最大，为0.73 m/a，农耕地和草地次之，分别为0.37 m/a和0.29 m/a，沙漠边缘和河流边缘较小，分别为0.1 m/a和0.09 m/a，林地最小，为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

（责任编辑：韩 昆）

2013-11-15

泥基本科研1415；泥集1311；Z121100000112008

秦俊桃（1984-），女，内蒙古临河人，硕士，主要从事水资源规划及水土保持等研究。E-mail：renmu2007@163.com