玛纳斯河流域莫索湾灌区地下水资源特征分析

姜　龙

(新疆自治区石河子水文勘测局，新疆 石河子 832000)

玛纳斯河流域莫索湾灌区地下水资源特征分析

姜龙

(新疆自治区石河子水文勘测局，新疆 石河子 832000)

[摘要]玛纳斯河流域莫索湾灌区地处我国西北干旱地区。根据新疆玛纳斯河流域中下游莫索湾灌区1998～2007年共10年的地下水观测资料，分析地下水年内、年际变化情况，采用主成分分析、水量均衡法对灌区地下水动态变化规律及影响因素进行分析。结果表明：灌区地下水年际变化总体呈持续下降趋势，在人类活动与自然条件的共同作用下年内变化特征明显，地下水资源处于负均衡状态；分析主要影响因素与地下水埋深关系，得出莫索湾灌区地下水主要影响因素为灌溉用水量和蒸发量，各团场的地下水位变化驱动力不尽相同；研究莫索湾灌区地下水变化特征对区域水资源合理开发与保护具有重要指导意义。

[关键词]莫索湾灌区；地下水；影响因素；水量均衡法

20世纪末期，我国的诸多专家学者也从各个角度开展了不同空间尺度的地下水环境演化的研究。玛纳斯河流域作为典型干旱区内陆河流域，其水资源的分配和利用是决定该地区土地利用、农业生产和社会经济发展的决定性因素。近几年随着绿洲面积的扩大，玛纳斯河流域水资源需求量逐年增大，地下水资源大量开采，导致产生了土壤盐渍化、土地荒漠化、植被面积消退及河流断流等一系列生态环境问题[1-2]。因此，分析玛纳斯河流域中下游灌区地下水动态变化特征，对于维持流域社会经济发展，改良盐碱地以及保护地区生态环境具有重要指导意义。

本文在前人研究的基础上，更加深入地分析了在人为因素与自然因素双重作用影响下研究区地下水变化特征，采用多种分析方法对流域地下水驱动影响因素进行了定位分析，为流域地下水资源的保护提供合理的科学依据。

1资料来源和研究方法

1.1研究区域概况

玛纳斯河流域位于新疆天山北麓，准葛尔盆地南缘，总面积约1.98万 km2，年平均径流量约12.8亿 m3。本文研究区域选择在新疆玛纳斯河流域莫索湾灌区，其位于天山北坡经济开发区核心地带，地处准噶尔盆地南缘，东连玛纳斯县灌区，南靠农八师石河子市，西连老沙湾灌区，北邻古尔班通古特沙漠(图1)。下设147团、148团、149团和150团四个大型农牧团场。灌区位于玛纳斯河流域北部下游靠近沙漠的细土平原区，地势东高西低，地形平坦，坡降在1/1 000～2/1 000之间，海拔在291～370 m。莫索湾灌区以农业种植为主，需水量大，使得地下水水位呈逐年下降趋势；莫索湾灌区历年降雨量平均为117 mm，最少年份(1981年)70.8 mm，最多年份(1987年)219.6 mm，年际丰枯悬殊，年内分派不均，多集中在春夏季，占全年的65%～78%；多年平均气温6.6℃，多年平均蒸发量2 174.6 mm，是降雨量的10倍以上，是典型的西北干旱区气候[3]。

1.2研究方法

1.2.1水量均衡分析

水量均衡法由于其基本原理简单，操作方便，适用范围广泛，能够合理充分利用地下水长期观测数据，对于水文地质勘探资料缺少的地区来说，是一种有效的研究方法。主要适用于评价区域地下水补给与排泄水资源量。其关系公式如下：

Q总补-Q总排±ΔW=X

Q总补=Q侧入+Q渠渗+Q田渗+Q库渗+Q河渗+Q降渗+Q回归

Q总排=Q侧出+Q蒸发+Q开采

(1)

式中：Q侧入为地下水侧向补给量；Q渠渗为渠系渗漏补给量；Q田渗为渠灌田间入渗补给量；Q库渗为水库渗漏补给量；Q河渗为河道渗漏补给量；Q降渗为降水入渗补给量；Q回归为井灌回归补给量；Q侧出为地下水侧向流出量；Q蒸发为潜水蒸发量；Q开采为地下水开采量[4]。

1.2.2主成分分析法

主成分分析法的原理是把多个统计指标转化为少数几个综合性指标。该分析方法主要采取降维处理，找出几个关键综合因子代替原先众多的因子变量，使这些综合因子尽可能反映原先众多因子变量所携带的信息，而且彼此之间互不影响，从而达到简化分析的目的[5]。

图1　玛纳斯河流域莫索湾灌区地理位置示意

2地下水动态变化分析

2.1地下水埋深年内变化

莫索湾灌区地下水类型以多层结构的承压水为主，含水层岩性以细砂、粉细砂为主。渗透性较差，富水性较差，不宜集中开采。在绿洲灌区，主要受灌溉入渗补给和人工开采因素的影响，表现为灌溉入渗—开采型。由于引水灌溉、入渗补给地下水量较多，地下水位抬升，在一些地区产生了土壤次生盐渍化。为了改良土壤，灌区开挖排水渠和打井提水灌溉，地下水位得到了一定程度的控制。最高水位一般出现在4～5月份，最低水位出现在8～9月份，年变幅0.1～0.85 m。

灌区潜水水位动态受灌溉、蒸发和开采共同控制，其中以人工开采为主，以莫索湾灌区147团地下水变化为例，主要表现为灌溉与人工开采混合型特征(图2、图3)。2002年，147团年平均地下水埋深3.10～3.55 m，变幅为0.45 m，地下水最大埋深为3.55 m，2006年，147团平均地下水埋深3.10～3.45 m，变幅为0.35 m，最大埋深为3.45 m；近10 a147团地下水埋深变化幅度平均在0.4 m左右，最高水位出现在4～5月份，这期间，积雪融水，又是农业春灌集中期，造成地下水位持续上升，致使4、5月份时出现最高水位，之后的6～8月份蒸发加大，又是农作物需水的高峰期，大量的开采地下水，导致地下水位持续下降，至8、9月份出现最低水位，以后随着侧向径流的补给，地下水位出现回升。

a.地下水埋深与灌溉用水量

b. 地下水埋深与抽水量

a.地下水埋深与灌溉用水量

b.地下水埋深与抽水量

2.2地下水埋深年际变化

莫索湾灌区地下水主要接受侧向径流补给和灌溉水入渗补给，在这种条件下，水位多年动态变化特征基本上反映了地下水开采量在年际上的变化特征；通过分析灌区1998～2007年地下水系列动态资料，发现灌区地下水位明显受灌溉用水量和人工开采量的控制，尤其是人工开采量对地下水位变化影响最大，灌区内地下水位多年呈下降的趋势，其中150团地下水位变幅明显，从1998年到2007年地下水位下降3.5 m，年均下降速率为0.35 m，呈现出典型的开采型动态；而147团地下水位却有微小的上升趋势，从1998年到2007年地下水位上升0.8 m，年均上升速率为0.08 m(图4)。

2.3水量均衡分析

此次莫索湾灌区水文地质参数及水均衡要素的选取，主要是参照《新疆地下水资源》进行研究分析。莫索湾灌区地下水补给量主要可以分为渠系渗漏、田间入渗、灌溉入渗以及地下水侧向补给四个部分；因为地下水埋深较大，故研究区不存在潜水蒸发量，地下水开采是该地区地下水排泄的主要方式。综上所述，我们根据实际观测数据，结合相关计算公式，对莫索湾灌区地下水进行水量均衡分析，均衡期为2007年1月到2007年12月，分析结果见表1。

表1　灌区地下水均衡分析　104 m3/a

通过水均衡分析得出莫索湾灌区年均地下水Q总补=2 632.3×104m3/a，Q总排=2 803×104m3/a，排补差为-170.7×104m3/a，地下水处于负均衡状态，呈现出下降趋势，与近10年地下水观测结果基本一致。

a.147团地下水埋深变化

b.150团地下水埋深变化

3地下水埋深影响因素分析

3.1主成分分析

利用SPSS12.0软件对莫索湾灌区各团场地下水的影响因子进行主成分分析，得出以下结果见表2。

表2　莫索湾灌区地下水影响因素排序

3.2结果分析

由表2可知，莫索湾灌区地下水主要影响因素为灌溉用水量和蒸发量，各团场的地下水位变化驱动力不尽相同；其中147团、149团地下水位变化的主要影响因素为灌溉和蒸发，其他各因素影响较小；148团地下水位变化的主要影响因素为蒸发和径流，其他各因素影响较小；150团地下水位变化的主要影响因素为灌溉用水和地表水用水，其他各因素影响较小，主要是因为150团位于沙漠边缘，潜水埋深大，使得蒸发降雨影响相对较小。总体分析得出莫索湾灌区地下水水位体现出自然条件与人类活动共同影响下的变化特征。

4结语

(1)灌区年内地下水最高水位出现在4～5月份，主要由于这期间积雪融水补给，蒸发量偏低，且春灌刚刚开始灌溉需水量不大造成地下水位持续上升，6～8月农业灌溉需水量处于高峰期，地下水开采量大幅升高，蒸发量偏大，导致地下水位持续下降，到8、9月份出现最低水位，之后地下水侧向补给，地下水位又基本恢复到年初水平。

(2)灌区地下水位年际变化，除147团地下水位略有上升，其余各团地下水位均有所下降，这主要是由于147团地下水受农田灌水量和河流径流量的渗透补给造成的；150团相比148团、149团地下水位下降最为明显，这是由于150团位于古尔班通古特沙漠边缘，其西北部为灌区地下水主要排泄断面，加上地下水开采量加大，导致其地下水位持续下降；与水均衡法计算结果一致，莫索湾灌区地下水变化总体处于负均衡状态。

(3)莫索湾灌区气候干燥降水稀少，地下水是当地重要的水资源组成部分，对绿洲农业灌溉和生态系统都至关重要。根据主成分分析，莫索湾灌区地下水主要影响因素为灌溉用水量和蒸发量，各团场的地下水位变化驱动力不尽相同，体现出自然条件与人类活动共同影响下的变化特征。

参考文献

[1]吉磊，何新林，刘兵，等.近60年玛纳斯河径流变化规律的分析[J].石河子大学学报(自然科学版).2013.31(6):765-769.

[2]凌红波，徐海量，张青青，等.1956-2007年新疆玛纳斯河流域气候变化趋势分析[J].冰川冻土.2011,33(1):64-70.

[3]陈伏龙，郑旭荣，何新林，等.莫索湾灌区1998-2007 年地下水埋深变化及影响因素[J].武汉大学学报:工学版.2011,44(3):317-320.

[4]杜玉娇，何新林.水均衡法评价玛纳斯河流域莫索湾灌区地下水资源[J].中国农村水利水电.2012,(9):63-66.

[5]鲍卫锋，黄介生，孔祥元.基于主成分分析法的流域水循环效应[J].武汉大学学报：工学版.2007.40(2):29-33.

Analysis on Groundwater Characteristics at Mosuowan Irrigation District of the Manas River Basin

JIANGLong

(Bureau of Shihezi Hydrology and Water Resource, Shihezi 832000, Xinjiang)

Abstract:Mosuowan Irrigation District is located in the northwest arid region of Manas river basin.Based on the groundwater level data of Mosuowan Irrigation District of the middle and lower reaches of Manas River during 1998-2007,interannual and seasonal changes of groundwater level are analyzed,groundwater dynamic change and influence factors are investigated with principal component analysis and water balance. The results show that the annual change of groundwater level is degressive persistently, groundwater resources in the negative equilibrium state,the seasonal change of groundwater level is obvious under influence of natural factors and factitious factors; Correlation between the most impact factor and dynamic change of groundwater level are analyzed show that main factors that influence the groundwater of Mosuowan Irrigation District are irrigation water and evaporation,Each round field of underground water level change driving force is not the same,research groundwater variation characteristics in Mosuowan Irrigation District for the development and protection of regional water resources reasonable has important guiding significance.

Key words:Mosuowan Irrigation District；groundwater；impact factors and water balance

[收稿日期]2016-01-08

[作者简介]姜龙(1974-)，男，山东文登人，工程师，主要从事水文水资源勘测工作。

[中图分类号]P641.2

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)03-0001-03