德阳城区地下水温度动态特征及影响因素

姜丽丽，吴勇，孙先锋，尹恒，王春红，高东东



德阳城区地下水温度动态特征及影响因素

姜丽丽1，吴勇2，孙先锋3，尹恒4，王春红5，高东东2

（1．西藏金海矿产资源有限公司，成都 610081；2．地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都 610059；3．四川地质环境监测总站，成都 610081；4．四川省安全科学技术研究院，成都 610000；5．四川省核工业地质局二八二大队，四川德阳 618000）

根据德阳2001～2008年23口地下水温度监测井资料分析，年动态类型可分为平稳、上升、下降、起伏等4类；影响地下水温度动态类型的有气温、大气降水、地下水埋深等，此外，地下水开采、观测操作不当也对动态类型产生重要影响，其中水温与气温、降雨量和地下水位成正相关，与埋深为负相关。单井上，地下水位或埋深对水温的影响程度最高，降雨量最低；总体上，地下水温度与气温、降雨量、埋深和地下水位的相关性处于低至中等水平，降雨量的影响程度较高，而埋深和地下水位相对较低。

地下水温度；动态特征；相关性；德阳

地下水温度动态是地下水动态的重要组成部分之一，其研究对丰富水文地质学基本理论以及解决当前生产实际中的问题都具有积极意义[1~3]。当前的研究专注于水温的动态类型、影响因素、同震效应、矿区水文地质、判断地下水补给来源、地下水源热泵等，采用的方法有类比、回归、灰色关联度、GM（1,1）模型、数值模拟等[4~10]。

通过对德阳城区2001～2008年的浅层松散孔隙水温度动态资料系统整理，分析10年来地下水温度变化规律，利用相关性分析研究地下水温度的影响程度。

1 德阳市城区水温动态观测

德阳城区位于成都平原东北边缘（图1），主要河流为沱江水系绵远河和石亭江。德阳属亚热带湿润季风气候区，年平均气温16.1℃，年平均降雨量896.94mm。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，赋存于全新统（Q4al）、上更新统（Q3fgl+al）及中更新统（Q2fgl+al）砂砾卵石、含泥砂砾卵石及砂泥质砾卵石层中，埋深0.5~6m，局部大于10m。含水层厚10~25m，渗透系数30~150m/d，单井涌水量500~5 000m3/d。区内地下水接受地下径流、降水和农渠水的入渗补给，总体呈北西-南东流向，在不同区段通过地下径流、人工开采、河渠、蒸发和泉眼等排泄[11]。

研究区内建立了完整的地下水水位、水质、水温动态监测网，有30个长期观测点。水温动态监测频率在2004年1月之前每月6次，2004年1月之后改为每月3次，其中23个监测点在2001年至2008年间水温监测数据较完整（图1）。

2 德阳市城区水温动态特征

研究区地下水水温具有不均匀性，在不同季节不同地区水温差别较大，多年不同位置监测孔水温在1.2～34.4℃之间，属冷～温水，年均水温在17.8～18.9℃[12]。

2.1 多年趋势动态

以2001年1月～2008年12月单井水温月均值为分析，发现区内多年动态类型为起伏型。以202井为例（图 2），该井水温一直呈有规律起伏变化，周期为1a左右，但幅度不等。这类动态的成因主要跟气温变化有关，每当气温上升之后，井水温随即跟随明显上升。

计算研究区内全部井的年均水温，反映区内多年地下水温动态特征（图3）。2001～2008年的8年内，研究区内水温变化不大，总幅度为1.12℃。从2001开始先是震荡下降，2004年后缓慢上升。该区域地下水温总体变化趋势是缓慢下降。

2.2 水温年动态

以井水温度月均值为基础，观测德阳城区井水温度年动态可分为平稳、上升、下降、起伏型等4类。

平稳型，以201井2004年为例（图 4），井水温年内最高18.53℃，最低17.87℃，变幅0.67℃；水温在2至7月基本稳定，变化幅度0.14℃，7月后开始震荡变化。112井2002年的变化趋势也与此类似。

上升型，以107井2001年为例（图 5）。该井1~5月水温从17.80℃缓慢上升至18.48℃，5月至11月快速上升至21.23℃，12月小幅下降至20.17℃。302井2001年水温动态也与此类似，成因尚不清楚。

下降型，以208井2004年为例（图 6）。该井水温在1~6月波动下降，在经过6~8月的短暂上升后，随后快速下降。认为这类水温动态类型，跟地下水补给源的温度和气温变化有关。

起伏型，以202井2002年为例（图 7）。该井一年内大体上经历降-升-降的过程，每年出现一峰一谷，这类动态的成因，认为同大气温度的年内变化有关，同时地下水埋深一般较小。

3 水温动态的影响因素

3.1 气温对井水温度动态的影响

以2003～2005年302井水温监测数据为（图8）分析地下水温度与气温的关系。可以看出，气温对地下水温度的影响首先表现在，井水温度随气温的升降而变化；其次，井水温变化幅度小于气温变化幅度，2003～2005年气温变化幅度为21℃，而井水温变化幅度仅为6.2℃；最后，水温变化相对气温有一定滞后，大概1～2个月。

3.2 大气降水对井水温度的影响

大气降水对地下水位动态的影响在本区内十分常见[13]。根据资料整理分析，研究区内降水对井水温的影响普遍存在，以213井为例（图9），水温随降雨量的增加而上升，即大气降水与井水温为正相关；大气降水对井水温的影响程度不同。

3.3 地下水埋深对井水温度的影响

采用2001～2008年水温监测数据量完整程度大于85%的13口监测井，分析地下水埋深对井水温的动态影响（图10）。结果显示，水温与地下水埋深变化呈负相关，埋深减小，水温越高；地下水埋深越大，水温受气温影响越小，水温越高[12]。

3.4 其他因素对井水温度动态的影响

在德阳城区内，影响地下水温度的因素还有地下水开采、观测操作不当等。以214井2002年检测数据为例（图11）。研究区内2、3月为防治春旱和5、6月为泡田插秧，都会大量抽取地下水，这个2个时期内地下水位呈现低值[13]。214井的地下水温度在2002年2、4和5月低值，与该区开采地下水形成的地下水位低值基本一致。地下水的大量抽取导致地下水的补给量增大、循环速度加快，河水和降雨等冷水进入含水层，从而引起地下水温度下降。

4 影响因素相关性分析

相关系数表示个体或事件在两个分布中具有相同的相对位置的程度，表示变量数值在团体中的相对位置，是衡量两个随机变量之间相关程度的指标，其定义公式为：

公式1中，为相关系数；为成对分数的数量；、表示、变量的平均数；σ、σ分别表示与变量的标准差；σ2表示、两个变量数列的协方差[14]。

相关系数取值范围为[-1，1]，XY>0表示正相关，XY<0表示负相关，|XY|表示变量之间相关程度的高低，特殊地，XY=1称为完全正相关，XY=-1称为完全负相关，XY=0称为不相关。可参照表1解释相关关系强弱。

采用相关系数检验地下水温度与气温、降雨量、埋深和地下水位等4个因素的相关性，并根据相关系数绝对值的大小比较不同因素对水温变化的影响程度，影响力较大的排名靠前，反之靠后，结果见表 2。统计不同因素在不同排名的次数，形成表3。

根据表1和表2，水温与气温、降雨量和地下水位的相关系数均大于0，属于正相关；水温与埋深的相关系数小于0，为负相关。相关系数（|XY|）最大值在0.70～0.94，属于中等至极高相关；最小值在0.02～0.25，表示可忽略到中等相关；平均值在0.40～0.47，可看成低至中等相关。

综合表1、2和3可总结以下规律：①埋深和地下水位与水温的相关程度相同，埋深与水温成负相关，地下水位与水温成正相关。②单井分析，地下水位或埋深对水温的影响程度，排第一达到10次，占总数的43.5%；最低是降雨量，排第一为5次，仅占总数21.7%；气温排名第一、第二和第三的次数基本相同，分别为8次、8次和7次。③总体上，地下水温度与气温、降雨量、埋深和地下水位的相关性处于低至中等水平。降雨量的影响程度较高，相关系数最高为0.95，平均为0.47；而埋深和地下水位相对较低，相关系数最低为0.02，平均为0.40。

表1 相关系数的解释指南（王钢，2003）

相关系数（|rXY|）解释 0.00～0.30可忽略到低相关 0.20～0.50低相关到中等相关 0.40～0.70中等相关 0.60～0.90实质性（较高）相关 0.80～1.00高相关到极高相关

表2 监测井相关系数统计表

统一编号地下水平均埋深相关系数rXY气温T降雨量P埋深D地下水位L影响因素比较 1025.09 水温（GT）0.29 0.28 -0.06 0.06 T>P>L=D 1034.45 水温（GT）0.54 0.47 -0.18 0.18 T>P>L=D 10412.18 水温（GT）0.44 0.32 -0.13 0.13 T>P>L=D 1066.18 水温（GT）0.30 0.45 -0.23 0.23 P>T>L=D 10711.77 水温（GT）0.30 0.41 -0.04 0.04 P>T>L=D 1099.60 水温（GT）0.26 0.45 -0.02 0.02 P>T>L=D 1126.44 水温（GT）0.13 0.35 -0.52 0.52 L =D>P>T 2012.96 水温（GT）0.48 0.60 -0.70 0.70 L =D>P>T 2023.29 水温（GT）0.52 0.48 -0.67 0.67 L =D>T>P 2035.41 水温（GT）0.57 0.94 -0.53 0.53 P>T>L=D 2048.87 水温（GT）0.38 0.50 -0.60 0.60 L =D>P>T 2054.58 水温（GT）0.45 0.39 -0.52 0.52 L =D>T>P 2065.19 水温（GT）0.25 0.25 -0.11 0.11 T>P>L=D 2088.09 水温（GT）0.48 0.48 -0.59 0.59 L =D>T>P 20912.24 水温（GT）0.32 0.51 -0.35 0.35 P>L=D >T 2108.28 水温（GT）0.75 0.65 -0.57 0.57 T>P>L=D 2116.93 水温（GT）0.17 0.35 -0.54 0.54 L =D>P>T 2127.05 水温（GT）0.72 0.44 -0.38 0.38 T>P>L=D 2138.48 水温（GT）0.68 0.64 -0.51 0.51 T>P>L=D 2143.32 水温（GT）0.37 0.48 -0.57 0.57 L =D>P>T 2155.74 水温（GT）0.15 0.32 -0.41 0.41 L =D>P>T 3017.21 水温（GT）0.63 0.52 -0.64 0.64 L =D>T>P 3022.34 水温（GT）0.49 0.45 -0.39 0.39 T>P>L=D 数据统计12.24 最大值0.75 0.94 -0.02 0.70 　 2.34 最小值0.13 0.25 -0.70 0.02 6.77 平均值0.42 0.47 -0.40 0.40

注：地下水温度（GT）-Groundwater Temperature；气温（T）-air temperature；埋深（D）-Groundwater Depth；地下水位（L）-Groundwater Level；降雨量（P）- Precipitation

表3 各因素对水温影响排序次数统计表

注：统计表2中各影响因素间比较排序出现次数

采用表2数据，绘制地下水温度与气温、降雨量、埋深、水位相关系数与平均埋深关系折线图（图12），从图中可知：①平均埋深在2～8m和大于12m这两个区段，气温、降雨量、埋深和地下水位与水温的相关系数（|XY|）较高（0.23～0.72），属于中等相关，即地下水温受到这4个因素的中等影响；②平均埋深在10～12m间，气温、降雨量、埋深和地下水位与水温的相关系数（|XY|）最小（0.02～0.30），属于可忽略到低的相关性，即这个层位地下水温相对稳定，受影响较小；③总体趋势上，随着平均埋深的增大，气温、降雨量、埋深和地下水位与水温的相关系数（|XY|）逐渐变小，即水温随埋深增大，受外界变化影响减小。

5 结论

通过对德阳城区2001～2008年23口地下水温度监测井资料的系统整理分析，可得出以下主要结论：

1）区内地下水温度多年趋势动态为起伏型；可分为平稳、上升、下降、起伏型等4类。影响地下水温度动态类型的有气温、大气降水、地下水埋深等，此外，地下水开采、观测操作不当也对动态类型产生重要影响。

2）水温与气温、降雨量和地下水位的属于正相关；水温与埋深为负相关。降水量对地下水温度的影响程度较高，埋深或地下水位则相对较低。

3）平均埋深在2～8m和大于12m两个区段，地下水温受影响程度为中等；平均埋深在10～12m间，地下水温度相对稳定，受影响较小；总体上，水温随平均埋深的增大，受外界变形影响减小。

4）长时间的地下水温度观测数据积累和同时期影响因素的观测数据，有助于全面认识水温动态特征及影响因素相关性。

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Groundwater Temperature Change and Its Influence Factors in Deyang City Proper

JIANG Li-li1WU Yong2SUN Xian-feng3YIN Heng4WANG Chun-hong5GAO Dong-dong2

（1-Jinhai Mineral Resources Co. Ld.，Tibet, Chengdu 610081; 2- State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3- Sichuan Geological Environmental Monitoring Station, Chengdu 610081; 4-Sichuan Research Institute of Safety Science and Technology, Chengdu 610000; 5- No. 282 Geological Party, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Deyang, Sichuan 618000）

On the basis of systematical monitoring data on groundwater temperature change during 2001-2008, groundwater temperature change in Deyang City proper is under the influence of atmospheric temperature, meteoric water and ground water level as well as groundwater exploitation.

Groundwater; temperature change; influence factor; correlation; Deyang

P642.69

A

1006-0995（2015）01-0099-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.022

2013-9-10

地质灾害防治与地质环境保护国家重点试验室自主研究课题（SKLGP2009Z006）；四川省科技支撑计划研究项目（2011SZ0172）

姜丽丽（1987-），女，辽宁省沈阳市人，硕士，主要从事工程地质方面研究