MNSH灌区地下水水位动态变化及水质评价

（阜康市水利局，新疆 阜康 831500）

1 项目区概况

新疆自治区深处西北内陆，第一产业所占比重很大（约45%），对耕地和灌溉用水需求较大。但随着灌区内耕地、人口、牲畜数量的不断增多，对水资源需求量越来越大，而地表水面临的污染问题愈发严重，所以对地下水资源开采量也逐渐增大，地下水水位和水质问题逐步显现，严重威胁了当地人们的生命财产安全。

MNSH灌区总灌溉面积21.09万hm2，年灌溉用水量16亿m3（其中地下水占30%），是全国特大型灌区之一。灌区属中温带大陆性干旱荒漠半荒漠气候，其基本特征为：四季分明，夏季炎热、冬季寒冷，蒸发大于降水，温差较悬殊，灾害性气候时常发生。

2 灌区地下水水位动态变化分析

2.1 灌区地下水埋藏、赋存及分布规律

2.1.1 潜水情况

经地质勘查，MNSH灌区潜水赋存于地表以下5～20m的粉细砂、细砂地层中，补给来源主要来自地表水的转化。潜水赋存的总体规律是西部、南部埋藏浅，一般1.5～3m，往北部埋深逐渐增大至2.5～5m，沙漠地带由于地表水补给来源少，潜水埋深一般大于5m。灌区潜水埋深面积如表1。

表1 灌区潜水埋深分布面积

2.1.2 承压水情况

MNSH灌区承压水赋存于潜水含水层之下，含水层岩性在南部主要为含土砾石、粗砂，向北渐变为含土细砂和粉砂互层。其中南部地形高于北部，含水层颗粒相对较粗，富水性较好，水头埋深在地表以下5～20m，向北逐步降至地表以下20～30m，部分地区由于开采量较大，降至35m以下。

2.2 主成分分析法在地下水动态变化中的应用

2.2.1 主成分分析法原理

主成分分析法其本质是在较多变量中选取较少代表性变量来简化计算，而变量所包含的信息量可由贡献率反应。一般认为当其累计贡献率大于85%，则该变量选取合理。 累计贡献率Q计算如式（1）［1］。

式中 Q为累计贡献率；λk为特征值。

MNSH灌区地下水动态受多方面影响，因此采用主成分分析法对区域内影响地下水水位因素进行探讨，包括降水量（x1）、蒸发量（x2）、开采量（x3）、月平均气温（x4）、平均风速（x5）、最大冻土埋深（x6）共6个指标［2］从中确定影响地下水动态变化的主要影响因素。

2.2.2 主成分分析法的应用

本次选取项目区中4眼观测井2006～2016年的监测数据，分析影响因素和地下水水位变化之间关系，具体如表2（1#井部分数据）［3］。

表2 地下水水位动态变化及影响因子数据

本项目以监测井的数据为基础，通过利用相关系数矩阵计算各因素的特征值和贡献率，并根据相关模型得到主成分载荷矩阵（如表3）。通过分析表3数据可知：在第1主成分中，x1，x2，x3，x4对地下水水位有较大影响［4］；在第2主成分中，x3，x5影响较大；在第3主成分中，x6影响最大。综合来看，影响玛纳斯河灌区地下水水位的主要因素为降水量、蒸发量、人为开采3大因素。

表3 主成分载荷矩阵

3 单因子指数法在灌区地下水水质评价中的应用

3.1 单因子指数法原理

单因子指数法是将某种污染物实测浓度与该污染物评价标准进行对比，选取水质最差的类别即为最终的水质评价结果，以此确定水体中的主要污染源，简化了其他因子的影响［5］。

水质单因子污染指数Fi计算如式（2），当Fi＞1时，表明水体受到污染，Fi数值越大，则污染越严重。

式中 Ci为水体中某组分实测浓度（mg/L）；Co为水体中某组分评价标准（mg/L）。

3.2 单因子指数法的具体应用

本项目从众多水质评价指标中选取pH值、大肠杆菌数、氨氮含量、挥发性酚类、氯化物、总硬度等6个指标对MNSH灌区地下水水质进行评价。

各指标的具体标准如表4［6］。

表4 本项目指标评价标准

本项目分别从20个监测点取水样进行化验，得出图1结果：

（1）测点6，7，8，16水样中大肠杆菌数量较多（分别为13，12，14，49）， 说明这些区域水中含有较多细菌，这与当地农民养殖污水乱排乱放直接相关。

（2）部分监测点水体硬度较大，和水体赋存岩层有关。

（3）大部分测点水质较好，完全满足日常饮用要求。

图1 灌区内20个监测点单因子评价

4 结语

地下水水位变化及水质分析，MNSH灌区地下水水位受降水、蒸发、人为开采3方面影响较大，建立合理的开采制度势在必行；灌区内很多地区地下水大肠杆菌超标，发展清洁环保型畜牧业也是灌区生态建设的重要内容之一。

参考文献：

［1］刘志国，王恩德，付建飞，等.河北平原地下水水位的时空变异［J］.东北大学学报（自然科学版），2007，28（5）：717-720.

［2］李小龙，杨广，何新林，等.玛纳斯河流域地下水水位变化及水量平衡研究［J］.水文，2016，36（4）：85-92.

［3］唐曾，韩兴勇.基于主成份分析法的中国水产苗种产业区域划分及影响因素研究［J］.中国农学通报，2014（2）：89-94.

［4］罗芳，伍国荣，王冲，等.内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用［J］.环境与可持续发展，2016，41（5）：87-89.

［5］朱灵峰，王燕，王阳阳，等.基于单因子指数法的海浪河水质评价［J］.江苏农业科学，2012，40（3）：326-327.

［6］罗孝芹，张强，陈丽影，等.基于单因子指数法的贵阳市南明河上游区综合水质评价［J］.地下水，2016，38（1）：80-82.