桂林市西城区地下水动态影响因素分析

2014-02-24仰明尉高武振李华平

水利规划与设计 2014年11期

关键词：水点西城区时段

仰明尉高武振李华平

(1.桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林 541004; 2.广西水文地质工程地质勘察院广西柳州 545006)

桂林市西城区地下水动态影响因素分析

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(1.桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林 541004; 2.广西水文地质工程地质勘察院广西柳州 545006)

采用桂林市西城区2004～2005年的降雨和地下水观测资料，对西城区地下水水位动态变化影响因素进行了因子分析；揭示了西城区地下水年内的变化规律及动态变化特点；表明采用因子分析法分析地下水水位动态变化影响因素是可行的。

地下水动态因子分析桂林西城区

地下水动态影响因素一般分为天然因素和人为因素。天然因素包括气象、水文、地质、土壤、生物等；人为因素主要包括人工取水和人工补给等。地下水动态分类的研究，是地下水动态研究的一个重要方面，它对于研究区域地下水的补、径、排条件和地下水资源评价以及地下水动态观测网的优化都具有重要意义。本文尝试采用因子分析模型来研究桂林市西城区地下水动态的影响及其变化特征，识别影响地下水资源的关键因子，为地下水资源评价和合理开发提供依据。

1 地下水动态影响因素

桂林市西城区，以临桂县二塘镇为中心，距桂林市中心区7km。西城区的重点建设范围：南起隆家，北至庙岭乡，南北跨度10.7km；东起东边山，西至洋田，东西跨度7.2km，面积约27.8km2。研究区以规划的西城区为中心，向外扩展1～5km，面积为178.91km2。

1.1 气象

根据临桂县气象站1961～2005年观测记录，年均降雨量1862.7mm。年最大降雨2515.3mm（1968年），年最小降雨量仅1293.0mm（1969年）。一年之中，12月降雨最少，年均50.5mm。5～6月，月均降雨量逾320.0mm。两月共降651.7mm，占年均雨量的35%。县境雨季为3～8月，旱季为9月至次年2月。降雨在季节上的分配不均，形成了春夏雨多而集中，秋冬少雨干旱的特点。

1.2 水文

研究区属漓江与柳江区域分水岭，分水岭的北部与东部属漓江水系，南部与西部属柳江水系。区内主要河溪有太平河、衡山溪、桃花江和南溪，前两者属柳江水系，后两者属漓江水系。地表河流总的特征是：没有大河流，但小河溪发育；河床不宽，数米至二十余米；切割浅，一般小于3m；纵向坡度缓，雨季往往因河水排泄不畅，造成大范围洪淹。

1.3 人工灌溉和开采12

研究区除上述天然河溪外，还有对水文地质条件影响较大的青狮潭水库西干渠，区内长20.6km。另外还有秧塘、桂林和马面三条支渠，区内共计长度25.40km。西干渠每年3月中旬放水灌溉，10月下旬或11月上旬停水。因渠道多处于地下水位之上，防渗能力又差，沿途渗漏和稻田的灌溉回归，对地下水补给起着重要作用。

该地区的观测井大部分是利用民井和灌溉井，水位动态受到一定的影响，并且有县水厂，水泥厂等单位自行开采地下水，日均开采量达10377m3，开采强度较大，水位动态受开采影响较明显。

2 因子分析的原理

在实际问题的分析过程中，人们往往希望尽可能多地收集反映研究对象的多个变量，以期能够对问题有比较全面、完整的把握与认识。因子分析就是用最少个数的不可观测的互不相关的公共因子的线性组合，再加上特殊因子来描述原来一组可观测的有相互关系的变量。其目的是尽可能合理地解释存在于原始变量之间的相关性，并且简化变量的维数和结构。因子分析的数学模型是假设原有变量有p个，分别用表示为1x、2x、3x、…、px，现将每个原有变量用k（k

用矩阵表示就是：

式中：

其中X为原始变量矩阵，A为因子载荷矩阵，F为公共因子矩阵，Ε为特殊因子矩阵。

3 研究区应用实例

根据研究区地质构造特点，选择20个不同水位变幅时段作为变量和取39个水点作为样品（见表2）进行因子分析。

将该选定的数据组成原始资料矩阵X(20× 39)，经过计算机进行数学运算，求得相关系数矩阵特征值，其中前三个特征值累计百分比达85.30%（见表1），故取前三个特征值已经能够提取原始数据变化的85%以上信息。

表 1 相关系数矩阵前三项特征值

经计算，得三个公共主因子，经方差极大旋转后的因子载荷矩阵。

从因子载荷矩阵可以看出：主因子Ⅰ中均为正值，最大的前三顶数值为0.8578、0.8513、0.8113，它们分别是水位变幅时段18、12、19的因子载荷值。这三个时段均为降雨期，水位普遍上升，说明其主要反映降雨对水位动态的控制作用。另从表2可知，第一个特征值占20个特征值的73.98%，表明研究区地下水水位变幅最主要受降雨的控制。

主因子Ⅱ中，只有第3个时段因子载荷矩阵值较大(其它的绝对值均小于0.5)，为0.9562。该时段为渠道停水后期，水位普遍大幅度下降，一搬下降0.3～0.8m，大者下降1.38m，由此可以推断主因子Ⅰ反映渠道停水的影响作用，说明研究区地下水在一定程度上受灌溉影响。

主因子Ⅲ中，均为正值，其中水位变幅时段5、17、4对应的因子载荷值最大，分别为0.8694、0.8033、0.7732，这三个时段，降雨量均偏小，水位普遍下降，也反映受气象影响。

渠道放水初期时段10，水位上升的特征没有反映，可能是因为该时段有52.7mm的降雨，掩盖了渠道放水初期的影响。

分析结果看来，地下水动态主要受气象控制，同时也受灌溉影响。

为了对水点进行动态分类和进一步解释，对R型因子分析的结果进一步计算前三个公共主因子的得分(见图1)。

气象型动态（Ⅰ）：以F1因子轴上的得分是较大的负值为特征，均小于-0.5，负值的绝对值越大，受气象影响就越显著，其主要包括远离渠道，受灌溉影响小的水点，例如序号1至序号10的水点位置因子最大值为-0.4876。