桂林市西城區地下水動態影響因素分析

仰明尉 高武振 李華平

(1.桂林理工大學土木與建筑工程學院 廣西桂林 541004; 2.廣西水文地質工程地質勘察院 廣西柳州 545006)

桂林市西城區地下水動態影響因素分析

仰明尉1高武振2李華平1

(1.桂林理工大學土木與建筑工程學院 廣西桂林 541004; 2.廣西水文地質工程地質勘察院 廣西柳州 545006)

采用桂林市西城區2004～2005年的降雨和地下水觀測資料，對西城區地下水水位動態變化影響因素進行了因子分析；揭示了西城區地下水年內的變化規律及動態變化特點；表明采用因子分析法分析地下水水位動態變化影響因素是可行的。

地下水動態 因子分析 桂林西城區

地下水動態影響因素一般分為天然因素和人為因素。天然因素包括氣象、水文、地質、土壤、生物等；人為因素主要包括人工取水和人工補給等。地下水動態分類的研究，是地下水動態研究的一個重要方面，它對于研究區域地下水的補、徑、排條件和地下水資源評價以及地下水動態觀測網的優化都具有重要意義。本文嘗試采用因子分析模型來研究桂林市西城區地下水動態的影響及其變化特征，識別影響地下水資源的關鍵因子，為地下水資源評價和合理開發提供依據。

1 地下水動態影響因素

桂林市西城區，以臨桂縣二塘鎮為中心，距桂林市中心區7km。西城區的重點建設范圍：南起隆家，北至廟嶺鄉，南北跨度10.7km；東起東邊山，西至洋田，東西跨度7.2km，面積約27.8km2。研究區以規劃的西城區為中心，向外擴展1～5km，面積為178.91km2。

1.1 氣象

根據臨桂縣氣象站1961～2005年觀測記錄，年均降雨量1862.7mm。年最大降雨2515.3mm（1968年），年最小降雨量僅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。兩月共降651.7mm，占年均雨量的35%。縣境雨季為3～8月，旱季為9月至次年2月。降雨在季節上的分配不均，形成了春夏雨多而集中，秋冬少雨干旱的特點。

1.2 水文

研究區屬漓江與柳江區域分水嶺，分水嶺的北部與東部屬漓江水系，南部與西部屬柳江水系。區內主要河溪有太平河、衡山溪、桃花江和南溪，前兩者屬柳江水系，后兩者屬漓江水系。地表河流總的特征是：沒有大河流，但小河溪發育；河床不寬，數米至二十余米；切割淺，一般小于3m；縱向坡度緩，雨季往往因河水排泄不暢，造成大范圍洪淹。

1.3 人工灌溉和開采12

研究區除上述天然河溪外，還有對水文地質條件影響較大的青獅潭水庫西干渠，區內長20.6km。另外還有秧塘、桂林和馬面三條支渠，區內共計長度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。因渠道多處于地下水位之上，防滲能力又差，沿途滲漏和稻田的灌溉回歸，對地下水補給起著重要作用。

該地區的觀測井大部分是利用民井和灌溉井，水位動態受到一定的影響，并且有縣水廠，水泥廠等單位自行開采地下水，日均開采量達10377m3，開采強度較大，水位動態受開采影響較明顯。

2 因子分析的原理

在實際問題的分析過程中，人們往往希望盡可能多地收集反映研究對象的多個變量，以期能夠對問題有比較全面、完整的把握與認識。因子分析就是用最少個數的不可觀測的互不相關的公共因子的線性組合，再加上特殊因子來描述原來一組可觀測的有相互關系的變量。其目的是盡可能合理地解釋存在于原始變量之間的相關性，并且簡化變量的維數和結構。因子分析的數學模型是假設原有變量有p個，分別用表示為1x、2x、3x、…、px，現將每個原有變量用k（k

用矩陣表示就是：

式中：

其中X為原始變量矩陣，A為因子載荷矩陣，F為公共因子矩陣，Ε為特殊因子矩陣。

3 研究區應用實例

根據研究區地質構造特點，選擇20個不同水位變幅時段作為變量和取39個水點作為樣品（見表2）進行因子分析。

將該選定的數據組成原始資料矩陣X(20× 39)，經過計算機進行數學運算，求得相關系數矩陣特征值，其中前三個特征值累計百分比達85.30%（見表1），故取前三個特征值已經能夠提取原始數據變化的85%以上信息。

表 1 相關系數矩陣前三項特征值

經計算，得三個公共主因子，經方差極大旋轉后的因子載荷矩陣。

從因子載荷矩陣可以看出：主因子Ⅰ中均為正值，最大的前三頂數值為0.8578、0.8513、0.8113，它們分別是水位變幅時段18、12、19的因子載荷值。這三個時段均為降雨期，水位普遍上升，說明其主要反映降雨對水位動態的控制作用。另從表2可知，第一個特征值占20個特征值的73.98%，表明研究區地下水水位變幅最主要受降雨的控制。

主因子Ⅱ中，只有第3個時段因子載荷矩陣值較大(其它的絕對值均小于0.5)，為0.9562。該時段為渠道停水后期，水位普遍大幅度下降，一搬下降0.3～0.8m，大者下降1.38m，由此可以推斷主因子Ⅰ反映渠道停水的影響作用，說明研究區地下水在一定程度上受灌溉影響。

主因子Ⅲ中，均為正值，其中水位變幅時段5、17、4對應的因子載荷值最大，分別為0.8694、0.8033、0.7732，這三個時段，降雨量均偏小，水位普遍下降，也反映受氣象影響。

渠道放水初期時段10，水位上升的特征沒有反映，可能是因為該時段有52.7mm的降雨，掩蓋了渠道放水初期的影響。

分析結果看來，地下水動態主要受氣象控制，同時也受灌溉影響。

為了對水點進行動態分類和進一步解釋，對R型因子分析的結果進一步計算前三個公共主因子的得分(見圖1)。

氣象型動態（Ⅰ）：以F1因子軸上的得分是較大的負值為特征，均小于-0.5，負值的絕對值越大，受氣象影響就越顯著，其主要包括遠離渠道，受灌溉影響小的水點，例如序號1至序號10的水點位置因子最大值為-0.4876。

圖 1 因子得分分類圖

開采灌溉氣象型動態(Ⅲ)：以 因子軸上的得分較高(均大于0.7)為特征，其值越大，受開采影響就越顯著；反之，受開采干擾越明顯。主要是開采井或其附近的水點，如序號為35、36、37的臨桂水廠CK56-觀2、化工廠巖溶潭和氮肥廠大口井等。

表 2 水位變幅選擇一覽表

4 結語

（1）根據分類結果來看：區內地下水動態主要受大氣降雨和灌溉渠道水的影響，因此，動態主要為氣象型和灌溉氣象型。在縣水廠集中開采地段，除上述兩種因素控制外，還略受開采動態的影響，這于實際水文地質情況相符合，表明采用因子分析法分析地下水水位動態變化影響因素是可行的。

（2）根據常規判斷和因子分析判斷的對比，可以發現兩者在判別類型上大致相同，但是由于因子分析提取的信息量不能完全代表水點全部信息，因此在某些水點于傳統方法有差別。

（3）不同時段內的自然環境、人類活動對地下水動態的影響存在差異，而本文只是根據2004～2005年期間的數據利用因子分析法來確定其影響因素，因此還存在不足。地下水動態的變化與影響因素的確定仍是今后研究的內容。

1. 高東東, 吳勇, 姜麗麗,古廣華. 德陽市城區地下水位動態特征及成因分析[J]. 四川地質學報, 2012,32(1):74-79.

2. 仵彥卿, 李俊亭. 地下水動態研究現狀與展望[J]. 西安地質學院學報, 1992,14(4): 58-64.

3. 陳小兵, 周宏飛, 張群. 地下水資源補給量的因子分析[J]. 干旱區資源與環境, 2004,18(5):43-46.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.012

P641

B

1672-2469（2014）11-0033-03

12作者簡介：仰明尉(1989年— )，男，碩士研究生。