叶尔羌河流域地下水动态变化研究

余姣

（新疆维吾尔自治区塔里木河流域喀什管理局，新疆 喀什 844700）

西北干旱区降雨量少，绿洲水资源属于重要的水源，但由于地表水的影响，绿洲水资源供应缺乏稳定性，人们将开采地下水作为补充水资源空缺的重要途径。因生产需要，地下水开采量持续增加，地下水埋深加大，现状水文条件日益变差，地表植被覆盖率降低，影响生态平衡。部分地区的农业生产存在过度灌溉的情况，致使局部地下水位升高，而西北地区气候干燥，水资源蒸发量大，随时间推移而出现愈发明显的土壤盐渍化现象，破坏自然生态环境及农业生产条件。基于此，深入研究地下水埋深变化的主导因素具有重要意义。

1 研究背景

叶尔羌河流域灌区地下水资源量约为32.58×108m3，地下水的供应量约为11.40×108m3。研究区农业生产以井渠结合灌溉方式为主，此次对区域内地下水动态变化的研究基于3 个具有代表性的子灌区进行，即莎车子灌区，地表水资源丰富，境内有产流，属于径流出山口后的首个灌区；巴楚子灌区，境内不产流，地表水资源以引水的方式为主，所处位置距出山口较远；麦盖提子灌区，境内不产流，但相比巴楚子灌区而言拥有更加良好的地理位置优势。

2 研究方法

2.1 敏感性分析法

研究数据选取流域内2006—2017 年的地下水位埋深数据及其影响因子间的敏感系数，经过分析、对比后，从各项影响因子中选取对地下水位埋深较敏感的部分[1]。敏感性分析的计算公式：

式中：ε为影响因子的敏感系数，ε为负表明影响因子的增加将导致GWD的减小，ε为正表明影响因子的增加将导致GWD的增加，ε的绝对值越大则敏感性越强；F，GWD分别为影响因子和地下水埋深的多年平均值；Fi为某一影响因子序列的第i个值；GWDi为地下水埋深序列的第i个值。

2.2 相对贡献率

各影响因子对地下水埋深的贡献率可通过相对贡献率予以反映，并根据此项指标确定地下水埋深的主导因素。首先对影响因子做标准化处理，避免分析对象量纲、范围表现不一的情况，再用多元线性回归分析的方法确定相对贡献率，根据此项数据判断各项影响因子的影响程度[2]。相对贡献率计算方法：

式中：GWDO为地下水埋深标准化值；b0—b5为影响因子对应的回归系数；Q，P，G，ETa，K分别为出山口年径流量、降水量、地表水灌溉用水量、实际蒸散发及地下水开采量的标准化值；ηi为影响因子变化对GWD变化的相对贡献率。

3 结果分析

3.1 地下水埋深的时空变化特征

为直观分析，利用泰森多边形建立多边形网格，对比分析各子灌区多个年份的地下水埋深，从而判断其时空变化特征，具体如图1所示。根据图1可知，流域内东北部的地下水埋深大于西南部，总体上地下水埋深呈波动加深的变化趋势。地下水埋深变化速度最快的是巴楚子灌区，以0.130 m/a的速度加深，其中又以北部（下游）最为明显，原因在于所处位置为叶尔羌河下游，河水补给量较上游明显减少，且缺乏灌溉下渗补给，因此，相比农田灌溉地区而言，此处的地下水深埋更大。其他两个子灌区虽然也有地下水埋深变化，但幅度较少[3]，其中，莎车子灌区的地下水埋深变化速度最慢，为0.090 m/a，麦盖提子灌区的地下水埋深变化速度为0.110 m/a。莎车和麦盖提子灌区的位置集中在流域灌区上游，由于区位优势，可获得更加充足的水源，因此，水资源稳定性相对良好，地下水埋深仅以较慢的速度变化，总体变幅不明显[4]。

图1 叶尔羌河流域地下水埋深的时空变化

2006—2010 年，叶尔羌河灌区地下水埋深增速约为0.165 m/a，2011 和2012 年埋深略有回升，但后续多年仍继续加深，速度约为0.300 m/a。2004 年以来，山区来水量呈减少的变化趋势，区域内可使用的地表水灌溉用水量降低，且自2013 年以来，由于历年地下水开采量的持续增加，之后的地下水埋深增速加大，尤其是相比2010 年以前有大幅度的增加[5]。

3.2 地下水埋深的年内变化特征

本文以年内地下水埋深距平为重点研究指标，探寻各子灌区该指标一年内的变化特征，如图2 所示。根据图2 可知，巴楚子灌区地下水埋深变化最大的是3—6 月，呈递增趋势，7 月至次年2 月呈减小的变化趋势；麦盖提子灌区地下水位埋深的最小、最大月份及变化趋势与巴楚子灌区类似；莎车子灌区年内的地下水埋深距平变化相对复杂，其中，地下水埋深最小的是1 月，最大的是6月，地下水埋深在一年内经过多次增减，呈双峰形状。综上，月平均地下水埋深最大的月份为6，7月，5—11 月地下水埋深超过年内平均值，12 月至次年5 月小于年内平均值，出现该变化规律与灌区农作物生长特性有关，由于5—10 月是农作物用水需求的高峰期，因此用水量增加，灌区的地下水埋深随之受到影响[6]。

图2 地下水埋深距平的年内变化

灌区生长季为5—10 月，非生长季为11 月—次年4 月，根据各子灌区在这两个时段的地下水位埋深变化，研究地下水埋深与农作物生长季节的联系，如图3 所示。根据图3 可知，3 个灌溉区在生长季和非生长季地下水埋深的变化较小，莎车子灌区的地下水埋深在这两个时段仅存在较小的变化，在农业生长季节对地下水的依赖性不强，此现象的出现可能与莎车子灌区位于叶尔羌河出山口的区位优势及境内产流有关，灌区内地表水供应量可观，可减轻对地下水的依赖程度，而巴楚子灌区位于流域的末端，缺乏足量且稳定的地表水供应条件，农业生产高度依赖地下水[7]。

图3 灌区地下水埋深在生长季和非生长季的变化

4 地下水埋深的影响因素分析

4.1 敏感系数分析

灌区地下水埋深的影响因子包含降水量、实际蒸散发、年径流量、地下水开采量及地表水灌溉用水量，此处根据敏感系数分析地下水埋深与各影响因子的敏感性关系，如表1 所示。

表1 灌区地下水埋深对不同影响因子的敏感系数

由表1 可知，莎车、麦盖提子灌区地下水埋深对各影响因子的敏感程度一致，由低到高：降水量、地下水开采量、年径流量、地表水灌溉用水量、实际蒸发量，灌区地下水埋深对降水量的敏感性最弱，对实际蒸发量的敏感性最强；巴楚子灌区地下水埋深对各影响因子的敏感程度由低到高：年径流量、降水量、地下水开采量、实际蒸发量、地表水灌溉用水量，地下水埋深对年径流量的敏感性最弱，对地表水灌溉用水量的敏感性最强[8]。

各子灌区地下水埋深对影响因子的敏感强弱关系存在差异，但总体上降水量与径流的敏感性较弱、实际蒸发量的敏感性较强，这与子灌区的气候条件及区位条件有密切的关联。叶尔羌河流域地处西北内陆，具有降雨量少、干燥的气候特征，年降水量不足60 mm，蒸发量约为2 200 mm，流域内仅有的少量降水于短时间内快速蒸发，降水难以下渗至土壤中，因此，地下水埋深基本不受降水的影响，蒸发量才是影响地下水埋深的重要因素。

4.2 贡献率分析

本文通过多元线性回归法分析降水量、实际蒸散发、年径流量、地下水开采量、地表水灌溉用水量等影响因子对地下水埋深变化的贡献率，确定主导因素。各子灌区影响因子的贡献率如表2所示。

表2 影响因子对地下水埋深变化的贡献率 %

根据表2 可知，莎车子灌区地表水灌溉用水量对地下水埋深的贡献最大；对于麦盖提子灌区、巴楚子灌区，对地下水埋深变化影响最大的均是地下水开采量，同时，地表水灌溉用水量对麦盖提子灌区的地下水埋深也有明显的影响；由于地区水资源蒸发量大，降水量对3 个子灌区的影响均较小，可忽略不计[9]。

麦盖提和巴楚子灌区地下水开采量对地下水埋深的影响超过莎车子灌区，此现象的出现可能与叶尔羌河流域的区位条件有关，莎车子灌区的地表水资源相对充足，地下水可获得源自于地表水灌溉用水的补给，缓解因地下水开采而引起埋深过度增加的现象，使得莎车子灌区的地下水埋深增加速度减小。相较而言，麦盖提和巴楚子灌区位于绿洲的中下部分，地下水虽然可获得部分地表水的补给，但仅有少部分的水流入子灌区，难以获得足量的地表水灌溉用水量，使得当地需大量开采地下水以满足农业生产的用水需求，开采量的增加和补给量的减少导致麦盖提、巴楚子灌区的地下水埋深更大[10]。

5 结语

自2007 年以来，各子灌区陆续启用地下管道和滴灌设施，以达到节约水资源的目的。然而，由于地表水中含有较多泥沙，并不适用于这两种节水设施，因此，还需采用地下水来补充水资源，莎车和麦盖提子灌区的渠井用水系数显著减少，从侧面反映了对地下水利用量的增加。从提高水资源利用率的角度来看，高效节水设施起着不可忽视的作用，应根据研究成果采取地下水保护措施和水资源高效利用措施，制定符合长期水资源发展的利用规划，同时，准确测定地下水开采阈值，这是兼顾水资源开发利用和水资源保护的重要前提，需进行重点研究。