葉爾羌河主要灌區(qū)2003-2018年地下水埋深變化分析

古力米日·買買提

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

水資源主要由地表水資源和地下水資源組成，地下水由于開采難度較低、且分布范圍加大的原因?qū)τ趨^(qū)域水資源供需平衡影響程度較大[1]。我國水資源時空分布不均特點影響農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)需要[2]。近些年來一些研究成果表明[3-8]人類活動和氣候變化對新疆地區(qū)地下水埋深變化產(chǎn)生不同程度的影響。新疆最大農(nóng)業(yè)灌區(qū)為葉爾羌流域灌區(qū)，流域由于地處大陸干旱氣候，降水量偏少，區(qū)域干旱特征較為明顯。此外由于近些年來灌區(qū)農(nóng)業(yè)耕種面積不斷增加，灌區(qū)水資源壓力也逐步加大。有成果表明受氣溫變化影響葉爾羌河流域灌區(qū)地下水變動幅度明顯高于降水量的變化。當(dāng)前對于葉爾羌河流域地下水埋深取得一定研究成果，但對于灌區(qū)地下水埋深變化的研究還較少，為此本文結(jié)合葉爾羌流域三個主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)對其灌區(qū)地下水埋深變化特征進(jìn)行分析，研究成果對于流域灌區(qū)水資源可持續(xù)利用和保護具有重要的參考價值。

1 灌區(qū)概況及分析方法

1.1 灌區(qū)概況

本文主要以葉爾羌河流域巴楚、麥蓋提子、莎車子三個主要灌區(qū)作為研究區(qū)域，三個灌區(qū)地下水資源總量占流域地下水總量的比例高達(dá)57.5%。巴楚灌區(qū)地下水主要來源工程引水進(jìn)行補給，莎車子灌區(qū)內(nèi)地表水資源量相對較大，作為葉爾羌河出山口主要灌區(qū)，其地下水補給量較大。麥蓋提灌區(qū)內(nèi)基本不產(chǎn)流，其主要來自于冰川融雪補給。

1.2 研究方法

主要采用距平方式，結(jié)合結(jié)合葉爾羌流域三個主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)對其灌區(qū)地下水埋深變化波動特征進(jìn)行分析，在變化特征分析的基礎(chǔ)上采用敏感度及相對貢獻(xiàn)率方法對其變化的主因進(jìn)行探討。地下水埋深變化影響敏感度主要通過建立地下水埋深和其變化影響因素之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計算，其計算方程為：

(1)

Y=b0+b1Q+b2P+b3G+b4ET+b5K

(2)

式中：Y為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的地下水埋深；Q為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的的灌區(qū)年徑流量；P為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的的灌區(qū)年降水量；G為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的農(nóng)業(yè)灌溉水量；ET為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的的灌區(qū)年蒸發(fā)量；K為標(biāo)準(zhǔn)化處理后地下水開采量。在各影響因子標(biāo)準(zhǔn)化處理成無量綱值后對其相對貢獻(xiàn)率進(jìn)行計算，方程為：

(3)

式中：η為地下水埋深影響因子貢獻(xiàn)率相對值(%)。

2 葉爾羌河主要灌區(qū)地下水埋深變化特征

2.1 年內(nèi)各灌區(qū)地下水埋深變化特征

結(jié)合葉爾羌流域三個主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)對各灌區(qū)年內(nèi)地下水埋深距平值進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

從葉爾羌流域三個主要灌區(qū)地下水埋深年內(nèi)距平統(tǒng)計值可看出，各灌區(qū)地下水埋深均在3月距平最低，處于最低值，從3月開始各灌區(qū)地下水埋深距平值增加，地下水埋深逐步遞增，從7月份開始到第二年的2月份葉爾羌河流域三個主要灌區(qū)地下水埋深逐步下降，地下水埋深距平值降低，5-10月份各灌區(qū)由于農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，其地下水埋深高于區(qū)域多年地下水埋深的均值。通過對結(jié)合葉爾羌流域三個主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，巴楚灌區(qū)地下水埋深遞減速率要高于其他兩個灌區(qū)，其年地下水埋深下降的幅度為0.15 m/a，麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)的地下水埋深下降幅度分別為0.13 m/a和0.092 m/a，莎車子灌區(qū)地下水埋深下降幅度最為緩慢。巴楚灌區(qū)由于其區(qū)域植被覆蓋度加大且位于葉爾羌河下游其補給量相對較少，因此其地下水埋深變幅最大，而其他兩個灌區(qū)由于位于流域上游其地下水補給量均要高于巴楚灌區(qū)，因此其地下水埋深變幅相對緩慢。

表1 葉爾羌流域三個主要灌區(qū)地下水埋深年內(nèi)距平統(tǒng)計值

2.2 農(nóng)作物不同生長時期各灌區(qū)地下水埋深變化特征

考慮灌區(qū)主要為農(nóng)業(yè)灌溉，因此對區(qū)域農(nóng)作物不同生長季節(jié)的地下水埋深變化特征進(jìn)行分析，各灌區(qū)不同農(nóng)作物生長時期的地下水埋深距平統(tǒng)計值如表2所示。

表2 葉爾羌流域三個主要灌區(qū)農(nóng)作物 不同生長時期地下水埋深距平統(tǒng)計值

葉爾羌河流域農(nóng)作物生長季主要集中在5-10月，其他月份為農(nóng)作物非生長季節(jié)，從各灌區(qū)農(nóng)作物不同生長季節(jié)的地下水埋深距平值可看出，生長季各灌區(qū)地下水埋深距平值相對較高，而非生長季節(jié)由于農(nóng)灌水量減少，其地下水埋深值增加，從而降低了其地下水埋深距平值。從各灌區(qū)不同生長季地下水埋深變化可看出，莎車子灌區(qū)在農(nóng)作物生長季及非生長季地下水埋深距平值變幅較小，表明該灌區(qū)農(nóng)灌水量并不完全依靠區(qū)域地下水灌溉，巴楚灌區(qū)不同時期地下水埋深距平值要高于其他兩個灌區(qū)，這主要是因為巴楚灌區(qū)農(nóng)灌水主要依靠區(qū)域地下水所致。

3 葉爾羌河主要灌區(qū)地下水埋深變化原因分析

3.1 影響敏感度分析

結(jié)合前面所述的地下水埋深影響因子敏感度計算方法，對巴楚灌區(qū)、麥蓋提子灌區(qū)及莎車子灌區(qū)地下水埋深影響因子的敏感度進(jìn)行計算，結(jié)果如表3所示。

表3 葉爾羌流域三個主要灌區(qū)地下水埋深 變化影響因子敏感度分析結(jié)果

從各因子敏感度分析可看出，對于三個灌區(qū)而言，年蒸發(fā)量對于各灌區(qū)地下水埋深影響敏感度最高，且明顯高于其他幾個影響因子，其次為地下水開采量，年徑流量和農(nóng)業(yè)灌溉水量對各灌區(qū)地下水埋深影響為負(fù)值，敏感度較低。葉爾羌河流域蒸發(fā)量和區(qū)域氣候緊密相關(guān)，流域多年蒸發(fā)量高達(dá)2 000 mm以上，而年降水量多年均值低于70 mm，從水量平衡角度出發(fā)相比于降水條件，蒸發(fā)對于葉爾羌河流域三個灌區(qū)地下水埋深影響最大。

3.2 主因貢獻(xiàn)率相對值分析

結(jié)合區(qū)域地下水埋深變化6個影響因子，對葉爾羌河流域三個主要灌區(qū)的地下水影響因子的貢獻(xiàn)率相對值進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

表4 葉爾羌流域三個主要灌區(qū)地下水埋深 變化影響因子貢獻(xiàn)率相對值分析結(jié)果

從各灌區(qū)地下水埋深變化影響因子貢獻(xiàn)率相對值分析結(jié)果可看出，巴楚灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水量對于其地下水埋深變化貢獻(xiàn)率最高為35.92%，其次為地下水開采量，麥蓋提子灌區(qū)地下水開采量對其地下水埋深影響貢獻(xiàn)率(最大為38.95%，年降水貢獻(xiàn)率最低為6.35%。莎車子灌區(qū)地下水開采量對其地下水埋深影響貢獻(xiàn)率最大為45.63%，其次為農(nóng)業(yè)灌溉水量為31.45%?？傮w而言各灌區(qū)地下水埋深受降水影響的貢獻(xiàn)率均低于10%，受降水影響度較低。

3.3 灌區(qū)渠井用水比例分析

為對各灌區(qū)地下水用水效率進(jìn)行分析，結(jié)合各渠井2003-2018年數(shù)據(jù)對各灌區(qū)地下水渠井用水比例進(jìn)行分析，結(jié)果如表5所示。

表5 葉爾羌流域三個主要灌區(qū)地下水渠井用水比例分析結(jié)果

從各年份三個灌區(qū)地下水地下水渠井用水比例分析結(jié)果可看出，麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)用水比例轉(zhuǎn)折點在2005年，用水比例呈現(xiàn)較為顯著遞減，通過調(diào)查分析這主要是因為麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)從2005年開始加大了地下水取水量進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，雖然一些節(jié)水措施在灌區(qū)取水得到應(yīng)用后，其渠井用水比例有所增加，但總體還是小于2005年。巴楚灌區(qū)從2011年以后其渠井用水比例逐年遞增，這主要是因為巴楚灌區(qū)近些年來加大了灌區(qū)節(jié)水綜合改造，提高了取水效率。

4 結(jié)語

(1)巴楚灌區(qū)地下水埋深遞減速率要高于其他兩個灌區(qū)，其年地下水埋深下降的幅度為0.15 m/a，麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)的地下水埋深下降幅度分別為0.13 m/a和0.092 m/a，莎車子灌區(qū)地下水埋深下降幅度最為緩慢。

(2)對于巴楚、麥蓋提子、莎車子灌區(qū)而言，年蒸發(fā)量對于各灌區(qū)地下水埋深影響敏感度最高，且明顯高于其他幾個影響因子，其次為地下水開采量，年徑流量和農(nóng)業(yè)灌溉水量對各灌區(qū)地下水埋深影響為負(fù)值，敏感度較低。

(3)麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)用水比例轉(zhuǎn)折點在2005年，用水比例呈現(xiàn)較為顯著遞減，主要是因為麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)從2005年開始加大了地下水取水量進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉。