喀什地区地下水埋深时空变化特征及影响成因探讨

努尔麦麦提·艾麦提

( 新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

新疆喀什地区地下水资源较为丰富，地下水在平原地区的水资源量可达到75.38 亿m3[1]。地表水转化补给是喀什平原区地下水补给主要来源，地下水总补给量中河道和渠系入渗补给量占比高于70%[2]。叶尔羌河和喀什葛尔河流域水系对喀什地区地下水补给量分别为71.6%和28.4[3]。喀什地区地下水补给受内陆干旱气候影响存在明显的地带分布，粗颗粒砾石层主要为山前一带冲洪积扇裙的地质组成，地下潜流层主要由地表水通过山前侧渗补给[4]。地势平台的冲积平原区地下水主要通过河流侧向径流补给较多，其他补给方式包括承压含水层的垂向补给[5]。喀什地区地下水在冲积平原中运移速率较慢，垂直方向是冲积平原区地下水补给和排泄的主要方式，地下水受人类活动和侧向流入沙漠区影响变化较为明显[6]。地下水系统的变化趋势需要通过地下水埋深变化来反映，近些年来，喀什地区地下水埋深变化取得一定研究成果，但是对于其平原区地下水埋深变化影响分析还较少，尤其是对其成因探讨还未进行系统研究，为系统对喀什地区地下水埋深进变化特征及其影响成因进行深入探讨，结合喀什地区153 眼地下水观测井地下水埋深观测数据，对其近20 年以来喀什地区地下水埋深变化特征进行分析，并对其影响成因进行定量分离[7-11]。研究成果对于喀什地区地下水保护规划具有重要参考价值。

1 研究数据与方法

1.1 研究数据

文章选用喀什地区153 眼地下水观测井2000-2020 年地下水埋深观测数据作为分析数据，各眼地下水观测井分布密度为4 眼/103km2，各地下水观测井之间的间距为4~10km 范围内，目前喀什地区地下水自动观测井和人工观测井分别为80 眼和53 眼，各地下水观测井以能反映区域地下水动态变化特征进行区域控制。

1.2 研究方法

首先采用Pettitt方法对喀什地区地下水埋深突变特征进行突变分析，该方法首先对于变量序列xi进行统计变量Ut和Vt的计算：

该方法定义最显著的突变点统计量Kt进行统计分析：

突变点的判定按照统计量P是否满足显著性进行分析：

若分析数据序列出现显著突变点其P<0 0.05。考虑到地下水埋深影响因素较为复杂，在进行影响成因定量分析之前，按照敏感性分析，首先对地下水埋深的主要因素进行敏感性，确定主要影响因子，其计算方程为：

其中ε为地下水埋深影响要素的敏感值；Fi为不同影响因子的序列值；为地下水埋深（m）；和分别为地下水埋深影响因子序列均值和地下水埋深序列均值(m)；随着地下水埋深影响因子加大而增大地下水埋深其ε>0，反之ε<0。ε的绝对值越高，其敏感程度越大。在地下水埋深影响因子敏感性分析的基础上，确定喀什地区地下水埋深影响的主要因子后，需要对不同影响因子之间的贡献率进行分析，计算方程为：

2 地下水埋深时空变化特征

2.1 不同区域年尺度地下水埋深变幅

结合喀什地区153 眼地下水观测井地下水埋深观测数据，对其不同区域地下水埋深变化均值及地下水埋深变幅进行统计分析，结果如表1 所示。

表1 喀什地区各分区不同年代际地下水埋深变幅及变化率统计结果

从喀什地区各区域近20 年以来地下水埋深变幅和变化率可看出，喀什各区域地下水埋深总体呈现递增变化，地下水埋深递增率均值为0.17m/10a。从空间变化而言，喀什地区地下水埋深总体从南向北逐步递减，地下水埋深在冲积平原区较大，最大地下水埋深可达到20m，喀什市以东的伽师县和岳普湖县区域地下水埋深具有明显的递减变化，地下水埋深均低于5m。喀什地区从山区到平原受海拔高度及地形变化影响，地下水埋深存在明显的垂直带分布，山区地下水埋深较低，下游平原区地下水埋深较高，地下水埋深从山区到平原逐步递减变化。另外文章还对喀什地区各区域近20 年以来地下水埋深突变特征进行分析，通过分析各分区地下水埋深突变年份均集中在2010 年前后，通过分析2010 年前后，喀什地区加大了对区域地下水保护力度，地下水开采量得到明显变化，使得喀什地区各分区地下水埋深变幅有所减小，但其突变特征显著性较弱。

2.2 不同区域季节尺度地下水埋深变幅

在喀什各分区年尺度地下水埋深变化分析的基础上，对其不同年代际各个季节地下水埋深变化进行统计，统计结果如表2、表3、表4 及表5 所示。

表2 喀什地区各区域不同年代际春季地下水埋深变化特征

表4 喀什地区各区域不同年代际秋季地下水埋深变化特征

表5 喀什地区各区域不同年代际冬季地下水埋深变化特征

除冬季外，喀什地区各区域不同年代际春季、夏季、秋季地下水埋深时空变化特征和年尺度地下水埋深变化具有一致性，夏季各区域地下水埋深递增趋势明显高于春季和秋季，冬季地下水埋深呈现递减变化，各季节地下水埋深总体从南向北逐步递减。夏季喀什地区地下水埋深变化率均值为0.0766m/10a，地下水埋深递增率最大，其次为春季，其各区域地下水埋深变化率均值为0.0596m/10a，秋季喀什各区域地下水埋深变化率均值为0.0426m/10a，冬季喀什地区地下水埋深总体呈现递减变化，各区域递减率均值为-0.0086m/10a。通过对各季节喀什地区地下水埋深数据进行突变分析，夏季突变年份和年尺度突变年份具有一致性，春季和秋季和年尺度突变年份具有不一致性，主要是因为喀什地区地下水补给比例所致，夏季地下水补给量占全年总补给量的比例可达到45%，春季和秋季补给率分别为35%和15%，春季受区域融雪径流补给使得其地下水补给比例也较高。

3 地下水埋深时空变化影响成因分析

3.1 地下水影响因子敏感度分析

结合地下水埋深影响因子中的气温、降水量、蒸发量以及地下水开采量序列，对其进行标准化处理后，得到各影响因子的标准化序列值，和地下水埋深标准化数据系列进行敏感度的分析，分析结果如表6 所示。

表6 喀什地区各分区地下水埋深影响因子敏感度分析结果

从喀什地区各分区地下水埋深影响因子敏感度分析结果可看出，降水和蒸发量对喀什各区域地下水埋深影响敏感度均较低，均小于0.01，降水量和蒸发量对喀什地区地下水埋深影响相对较小，这主要是因为喀什地区属于典型的内陆季风气候，气候干燥少雨，因此降水量和蒸发量对其影响程度相对较低。而气温对区域地下水埋深影响敏感度较高，高于0.5，这主要是因为喀什地区地下水补给重要来源为融雪径流的渗漏补给，而气温是融雪径流的主要影响因子，因此其对喀什地区地下水埋深影响敏感度较高。地下水开采量主要为人类活动对区域地下水埋深的影响，其敏感度仅次于气温，各区域敏感度也在0.3 以上，但总体小于气温对喀什地区地下水埋深的影响度。

3.2 地下水影响因子相对贡献率分析

在各区域地下水埋深影响因子敏感度分析的基础上，结合相对贡献率分析方法对各影响因子的相对贡献率进行计算，结果如表7 所示。

表7 喀什地区各分区地下水埋深影响因子相对贡献率分析结果

从喀什地区各区域地下水埋深影响因子的相对贡献率分析结果可看出，气温是喀什地区地下水埋深递增变化的主因，其次为地下水开采量，气温影响相对贡献率均高于50%，而地下水开采量相对贡献率均高于30%。降水量和蒸发量相对贡献率均低于10%。各影响因子的相对贡献率总体和其敏感度分析一致，敏感度越高的因子其对喀什地区地下水埋深影响相对贡献率也较高。气温是喀什地区地下水埋深变化影响的主因是因为其对区域山区融雪径流影响较大，而融雪径流是喀什地区地下水补给重要来源，因子其对喀什地区地下水埋深影响的相对贡献率较高。

4 结 论

1）喀什地区地下水埋深总体从南向北逐步递减，地下水埋深在冲积平原区较大，最大地下水埋深可达到20m，喀什市以东的伽师县和岳普湖县区域地下水埋深具有明显的递减变化，地下水埋深均低于5m。

2）喀什地区各区域不同年代际春季、夏季、秋季地下水埋深时空变化特征和年尺度地下水埋深变化具有一致性，夏季各区域地下水埋深递增趋势明显高于春季和秋季，冬季地下水埋深呈现递减变化，各季节地下水埋深总体从南向北逐步递减。

3）气温是喀什地区地下水埋深递增变化的主因，其次为地下水开采量，气温影响相对贡献率均高于50%，而地下水开采量相对贡献率均高于30%，降水量和蒸发量相对贡献率均低于10%。