叶尔羌河主要灌区2003-2018年地下水埋深变化分析

2022-07-05古力米日买买提

地下水 2022年3期

古力米日·买买提

(新疆喀什水文勘测局，新疆喀什 844000)

水资源主要由地表水资源和地下水资源组成，地下水由于开采难度较低、且分布范围加大的原因对于区域水资源供需平衡影响程度较大[1]。我国水资源时空分布不均特点影响农业灌溉生产需要[2]。近些年来一些研究成果表明[3-8]人类活动和气候变化对新疆地区地下水埋深变化产生不同程度的影响。新疆最大农业灌区为叶尔羌流域灌区，流域由于地处大陆干旱气候，降水量偏少，区域干旱特征较为明显。此外由于近些年来灌区农业耕种面积不断增加，灌区水资源压力也逐步加大。有成果表明受气温变化影响叶尔羌河流域灌区地下水变动幅度明显高于降水量的变化。当前对于叶尔羌河流域地下水埋深取得一定研究成果，但对于灌区地下水埋深变化的研究还较少，为此本文结合叶尔羌流域三个主要灌区2003-2018年地下水监测数据对其灌区地下水埋深变化特征进行分析，研究成果对于流域灌区水资源可持续利用和保护具有重要的参考价值。

1 灌区概况及分析方法

1.1 灌区概况

本文主要以叶尔羌河流域巴楚、麦盖提子、莎车子三个主要灌区作为研究区域，三个灌区地下水资源总量占流域地下水总量的比例高达57.5%。巴楚灌区地下水主要来源工程引水进行补给，莎车子灌区内地表水资源量相对较大，作为叶尔羌河出山口主要灌区，其地下水补给量较大。麦盖提灌区内基本不产流，其主要来自于冰川融雪补给。

1.2 研究方法

主要采用距平方式，结合结合叶尔羌流域三个主要灌区2003-2018年地下水监测数据对其灌区地下水埋深变化波动特征进行分析，在变化特征分析的基础上采用敏感度及相对贡献率方法对其变化的主因进行探讨。地下水埋深变化影响敏感度主要通过建立地下水埋深和其变化影响因素之间的关联度进行计算，其计算方程为：

(1)

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

(2)

式中：Y为标准化处理后的地下水埋深；Q为标准化处理后的的灌区年径流量；P为标准化处理后的的灌区年降水量；G为标准化处理后的农业灌溉水量；ET为标准化处理后的的灌区年蒸发量；K为标准化处理后地下水开采量。在各影响因子标准化处理成无量纲值后对其相对贡献率进行计算，方程为：

(3)

式中：η为地下水埋深影响因子贡献率相对值(%)。

2 叶尔羌河主要灌区地下水埋深变化特征

2.1 年内各灌区地下水埋深变化特征

结合叶尔羌流域三个主要灌区2003-2018年地下水监测数据对各灌区年内地下水埋深距平值进行统计，统计结果如表1所示。

从叶尔羌流域三个主要灌区地下水埋深年内距平统计值可看出，各灌区地下水埋深均在3月距平最低，处于最低值，从3月开始各灌区地下水埋深距平值增加，地下水埋深逐步递增，从7月份开始到第二年的2月份叶尔羌河流域三个主要灌区地下水埋深逐步下降，地下水埋深距平值降低，5-10月份各灌区由于农业灌溉用水需求，其地下水埋深高于区域多年地下水埋深的均值。通过对结合叶尔羌流域三个主要灌区2003-2018年地下水监测数据进行统计分析，巴楚灌区地下水埋深递减速率要高于其他两个灌区，其年地下水埋深下降的幅度为0.15 m/a，麦盖提子灌区和莎车子灌区的地下水埋深下降幅度分别为0.13 m/a和0.092 m/a，莎车子灌区地下水埋深下降幅度最为缓慢。巴楚灌区由于其区域植被覆盖度加大且位于叶尔羌河下游其补给量相对较少，因此其地下水埋深变幅最大，而其他两个灌区由于位于流域上游其地下水补给量均要高于巴楚灌区，因此其地下水埋深变幅相对缓慢。

表1 叶尔羌流域三个主要灌区地下水埋深年内距平统计值

2.2 农作物不同生长时期各灌区地下水埋深变化特征

考虑灌区主要为农业灌溉，因此对区域农作物不同生长季节的地下水埋深变化特征进行分析，各灌区不同农作物生长时期的地下水埋深距平统计值如表2所示。

表2 叶尔羌流域三个主要灌区农作物不同生长时期地下水埋深距平统计值

叶尔羌河流域农作物生长季主要集中在5-10月，其他月份为农作物非生长季节，从各灌区农作物不同生长季节的地下水埋深距平值可看出，生长季各灌区地下水埋深距平值相对较高，而非生长季节由于农灌水量减少，其地下水埋深值增加，从而降低了其地下水埋深距平值。从各灌区不同生长季地下水埋深变化可看出，莎车子灌区在农作物生长季及非生长季地下水埋深距平值变幅较小，表明该灌区农灌水量并不完全依靠区域地下水灌溉，巴楚灌区不同时期地下水埋深距平值要高于其他两个灌区，这主要是因为巴楚灌区农灌水主要依靠区域地下水所致。

3 叶尔羌河主要灌区地下水埋深变化原因分析

3.1 影响敏感度分析

结合前面所述的地下水埋深影响因子敏感度计算方法，对巴楚灌区、麦盖提子灌区及莎车子灌区地下水埋深影响因子的敏感度进行计算，结果如表3所示。

表3 叶尔羌流域三个主要灌区地下水埋深变化影响因子敏感度分析结果

从各因子敏感度分析可看出，对于三个灌区而言，年蒸发量对于各灌区地下水埋深影响敏感度最高，且明显高于其他几个影响因子，其次为地下水开采量，年径流量和农业灌溉水量对各灌区地下水埋深影响为负值，敏感度较低。叶尔羌河流域蒸发量和区域气候紧密相关，流域多年蒸发量高达2 000 mm以上，而年降水量多年均值低于70 mm，从水量平衡角度出发相比于降水条件，蒸发对于叶尔羌河流域三个灌区地下水埋深影响最大。

3.2 主因贡献率相对值分析

结合区域地下水埋深变化6个影响因子，对叶尔羌河流域三个主要灌区的地下水影响因子的贡献率相对值进行分析，结果如表4所示。

表4 叶尔羌流域三个主要灌区地下水埋深变化影响因子贡献率相对值分析结果

从各灌区地下水埋深变化影响因子贡献率相对值分析结果可看出，巴楚灌区农业灌溉水量对于其地下水埋深变化贡献率最高为35.92%，其次为地下水开采量，麦盖提子灌区地下水开采量对其地下水埋深影响贡献率(最大为38.95%，年降水贡献率最低为6.35%。莎车子灌区地下水开采量对其地下水埋深影响贡献率最大为45.63%，其次为农业灌溉水量为31.45%。总体而言各灌区地下水埋深受降水影响的贡献率均低于10%，受降水影响度较低。

3.3 灌区渠井用水比例分析

为对各灌区地下水用水效率进行分析，结合各渠井2003-2018年数据对各灌区地下水渠井用水比例进行分析，结果如表5所示。

表5 叶尔羌流域三个主要灌区地下水渠井用水比例分析结果

从各年份三个灌区地下水地下水渠井用水比例分析结果可看出，麦盖提子灌区和莎车子灌区用水比例转折点在2005年，用水比例呈现较为显著递减，通过调查分析这主要是因为麦盖提子灌区和莎车子灌区从2005年开始加大了地下水取水量进行农业灌溉，虽然一些节水措施在灌区取水得到应用后，其渠井用水比例有所增加，但总体还是小于2005年。巴楚灌区从2011年以后其渠井用水比例逐年递增，这主要是因为巴楚灌区近些年来加大了灌区节水综合改造，提高了取水效率。