張賀

摘要：準(zhǔn)確評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)研究區(qū)域的地下水動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，對(duì)于提高當(dāng)?shù)氐叵滤盟屎屯晟频叵滤Y源規(guī)劃具有重要意義。采用GM（1，1）模型，擬合通遼市5旗1縣1區(qū)近30 a地下水埋深變化，預(yù)測(cè)未來(lái)10 a地下水埋深，并提出加強(qiáng)地下水資源保護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：地下水埋深；動(dòng)態(tài)變化；GM（1，1）模型

中圖分類號(hào)：S273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）02-0040-04

通遼市中部平原地區(qū)主要靠開采地下水來(lái)維持水資源供給，由于地下水持續(xù)超采，已造成地下水位急速下降，漏洞叢生，對(duì)生態(tài)環(huán)境有著一定的影響。在算水資源賬時(shí)一定要考慮生態(tài)用水，不能以犧牲生態(tài)為代價(jià)發(fā)展經(jīng)濟(jì)[1]。對(duì)地下水資源潛力進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，確保地下水資源的可持續(xù)供給，是通遼地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的保證。通過(guò)預(yù)測(cè)地下水埋深的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，能夠定性分析其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

本文采用GM（1，1）模型，以通遼地區(qū)7個(gè)旗縣區(qū)為例，對(duì)其地下水埋深序列進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

GM（1，1）模型具有建模過(guò)程簡(jiǎn)單、模型表達(dá)式簡(jiǎn)潔、便于求解及應(yīng)用廣泛的突出特點(diǎn)。在發(fā)展系數(shù)a的絕對(duì)值較?。ㄈ?a≤0.3）時(shí)，模擬值精度較高；但當(dāng)發(fā)展系數(shù)a的絕對(duì)值較大（如-a>0.5）時(shí)，模型偏差較大，無(wú)法用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，甚至不宜作短期預(yù)測(cè)[2-3]。

1 通遼市概況

通遼市地處內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，松遼平原西端，科爾沁沙區(qū)腹地，總面積約6萬(wàn)km2，生態(tài)環(huán)境脆弱、植被稀疏，多年平均降雨量在200～400 mm之間[4]。由于通遼地區(qū)實(shí)際用水量大大超過(guò)本地區(qū)水資源的負(fù)擔(dān)能力，加上過(guò)去盲目開發(fā)、無(wú)節(jié)制地用水等人為因素，導(dǎo)致地下水位逐年下降，生態(tài)環(huán)境惡化，局部出現(xiàn)漏斗區(qū)。本研究以通遼市行政區(qū)的完整邊界范圍作為研究區(qū)，包括扎魯特旗、奈曼旗、庫(kù)倫旗、科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼后旗、開魯縣、科爾沁區(qū)共5旗1縣1區(qū)。

2 淺層地下水水位動(dòng)態(tài)變化特征分析

影響研究區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)的因素主要有氣象、水文、地形地貌和人為因素，動(dòng)態(tài)變化是各種因素的綜合反映，只是在不同的時(shí)段和不同的地理、地貌位置，不同的因素占主導(dǎo)作用[5]。

根據(jù)通遼市水文局提供的1985—2007年各旗縣區(qū)年平均地下水埋深，加權(quán)平均得出通遼市中部平原區(qū)地下水埋深年際動(dòng)態(tài)變化情況為：地下水平均埋深由1985年末的2.40 m下降到2007年末的4.00 m，下降的平均速度為0.07 m/a。分析埋深數(shù)據(jù)可知：1997年之前，地下水位下降較為緩慢，地下水埋深基本維持在1.00～4.00 m之間，平均埋深約2.50 m，科爾沁區(qū)地下水埋深較深，在3.00 m以下；1997年之后，地下水位開始明顯下降，至2007年，平均埋深下降至約3.00 m左右。2008年通遼市7個(gè)縣旗級(jí)行政區(qū)所屬平原區(qū)43 734 km2范圍內(nèi)，年末淺層地下水動(dòng)態(tài)水量比年初減少1.90億m3。在各行政區(qū)中，開魯縣、科爾沁區(qū)、奈曼旗地下水動(dòng)態(tài)水量分別減少2.11億、0.98億及0.34億m3，扎魯特旗、科左后旗、科左中旗、庫(kù)倫旗地下水動(dòng)態(tài)水量分別增加了0.81億、0.30億、0.29億及0.13億m3。

3 GM（1，1）模型預(yù)測(cè)地下水埋深

3.1 GM（1，1）模型建模

4） 還原值為：

5） 灰色預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。

①殘差檢驗(yàn)。殘差檢驗(yàn)就是計(jì)算相對(duì)誤差，以殘差的大小來(lái)判斷模型的好壞。

②后驗(yàn)差檢驗(yàn)。

后驗(yàn)差比：

3.2 通遼地區(qū)地下水資源埋深預(yù)測(cè)

根據(jù)通遼地區(qū)7個(gè)旗縣區(qū)1980—2008年這29 a地下水埋深的觀測(cè)資料進(jìn)行建模，通過(guò)灰色預(yù)測(cè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒑脡?，并預(yù)測(cè)未來(lái)10 a的地下水埋深。

根據(jù)公式（1）—（6），以科爾沁區(qū)為例，比較實(shí)測(cè)值、模擬值、殘差和相對(duì)誤差（見表2）。

應(yīng)用上述數(shù)據(jù)資料及模型對(duì)科爾沁區(qū)1987—2015年地下水埋深進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見圖1。

通過(guò)模型計(jì)算可知：科左后旗a=-0.326，b=2.679，相對(duì)誤差為13.120，時(shí)間響應(yīng)函數(shù)為x（k+1）=85.341 705 exp（0.326 220×k）-82.141 705。

對(duì)科爾沁區(qū)進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果為：殘差檢驗(yàn)p=0.95，后驗(yàn)差檢驗(yàn)C=0.15，檢驗(yàn)結(jié)果模型均為1級(jí)（好）。因此，采用GM（1，1）對(duì)通遼地區(qū)進(jìn)行地下水埋深預(yù)測(cè)可行。

同理，根據(jù)上述公式（1）—（6），可以計(jì)算出通遼地區(qū)7個(gè)旗縣區(qū)的模型。

根據(jù)公式（5）—（9）進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

采用GM（1，1）模型對(duì)7個(gè)旗縣區(qū)1980—2008年的平均地下水埋深進(jìn)行擬合，對(duì)未來(lái)10 a 的地下水埋深進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果見表5。

根據(jù)計(jì)算，GM（1，1）模型的計(jì)算擬合值與實(shí)測(cè)值擬合均處于3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以上，可見預(yù)測(cè)情況較好。由圖1可知，科爾沁區(qū)模型擬合效果較好，能很好地?cái)M合變化趨勢(shì)，體現(xiàn)出波動(dòng)特征。以科爾沁區(qū)為例，在模擬的29 a中，相對(duì)誤差在20%以上的有5個(gè)，相對(duì)誤差在10%以下的有13個(gè)，擬合精度較高；其他各地區(qū)擬合精度均較高。

3.3 結(jié)論與討論

地下水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度要考慮地下水埋深趨勢(shì)及地下水埋深變幅兩方面影響，可以定性評(píng)價(jià)研究區(qū)域的水資源承載力。地下水埋深以整體趨勢(shì)下降慢或者呈波浪變化的為好，線性下降但降幅小的為一般，線性下降但下降幅度大的為差。

通遼市各旗縣區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果表明：研究區(qū)域的地下水埋深逐年加深，其中庫(kù)倫旗為好，科左中旗和奈曼旗為由好下降到一般，扎魯特旗和科左后旗為一般，科爾沁區(qū)為差。這與前述通遼市水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果相近。

根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)10 a科爾沁區(qū)和開魯縣的地下水位埋深將下降2.00 m多，科左中旗、科左后旗、奈曼旗下降約1.00 m，庫(kù)倫旗和扎魯特旗地下水位變化不大。從預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，地下水位下降速度較慢，但仍是下降的趨勢(shì)，所以加強(qiáng)地下水源保護(hù)已勢(shì)在必行。

4 加強(qiáng)地下水資源保護(hù)的建議

1） 建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)。各地建立的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)站的業(yè)務(wù)范圍應(yīng)該拓寬，增加生態(tài)環(huán)境方面的觀測(cè)研究。尤其是在干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，地下水資源又是生態(tài)環(huán)境中最敏感最主要的因素，下墊面條件和地下水的補(bǔ)、徑、排條件不斷發(fā)生變化，地下水資源量也將隨之變化，應(yīng)根據(jù)條件的變化不斷開展地下水試驗(yàn)研究，并不斷加強(qiáng)和完善地下水監(jiān)測(cè)工作。

2） 重新研究地下水資源評(píng)價(jià)的方法與原則。在計(jì)算地下水開采資源量時(shí)，應(yīng)充分考慮自然環(huán)境的生態(tài)平衡，將地下水生態(tài)平衡埋深作為地下水開采資源計(jì)算的重要依據(jù)。

3） 據(jù)通遼市生態(tài)環(huán)境的退化情況，選擇指示植物，研究確定通遼地區(qū)的地下水生態(tài)平衡埋深。

參考文獻(xiàn)

[1] 王浩，陳敏建，秦大庸，等.西北地區(qū)水資源合理配置和承載能力研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

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