黑河流域中游荒漠區地下水水位動態變化

薛春 張虎 肖明敏 劉建海

摘要 利用紅沙窩荒漠化綜合防治試驗站2006—2019年地下水監測井的地下水位觀測數據，結合該試驗站的氣象數據，分析荒漠區地下水位標高的月動態和年動態變化及其與降水量的關系。結果表明，地下水位標高在3—7月呈逐漸上升的趨勢，7—12月呈逐漸下降的趨勢。地下水位標高在14年間是不斷減小的。地下水位標高月動態變化與降水量呈顯著相關（P<0.01），而年動態變化與降水量相關性不顯著（P>0.05）。

關鍵詞 荒漠區;地下水位;動態變化;降水量;黑河流域中游

中圖分類號 P641.8? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）02-0036-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.011

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Dynamic Changes of Groundwater Level in Desert Areas in the Middle Reaches of Heihe River Basin

XUE Chun， ZHANG Hu， XIAO Mingmin et al

（Academy of Water Resource Conservation Forests of Qilian Mountains in Gansu Province， Test Station of Prevention and Control of Desertification in Hongshawo， Zhangye， Gansu 734000）

Abstract Based on the observation data of groundwater level from the groundwater monitoring wells of Hongshawo experimental station for comprehensive control of desertification from 2006 to 2019， and combined with the meteorological data of the experimental station， the monthly and annual dynamic changes of groundwater level elevation in desert areas and their relationship with precipitation were analyzed.The results showed that the groundwater level gradually increased from March to July and gradually decreased from July to December.The groundwater level elevation had been decreasing continuously in 14 years.The monthly dynamic change of groundwater level elevation was significantly correlated with precipitation （P<0.01）， while the annual dynamic change was not correlated with precipitation （P>0.05）.

Key words Desert area;Groundwater level;Dynamic change;Precipitation;Middle reaches of Heihe River Basin

基金項目 國家林業和草原局項目“黑河流域荒漠化和沙化定位監測”;甘肅省林業和草原局林業科技計劃項目“張掖市北部荒漠植被生態效益監測研究”（2015kj014）。

作者簡介 薛春（1981—），男，甘肅張掖人，助理工程師，從事荒漠生態和森林生態研究。

收稿日期 2020-05-26

地下水作為水循環的重要組成部分，在穩定區域水資源、維系生態系統功能、保護生物多樣性、保障經濟發展等方面扮演著非常重要的作用[1-2]，特別是地處荒漠區的地下水起著關鍵作用，其多分布在山前沖—洪積傾斜平原區和大型斷陷地河谷平原區[3-4]。分布在黑河流域中游荒漠區的地下水受構造條件、沉積物和地貌等條件的制約，地下水屬于典型的“河流-含水層”水資源系統[5]。目前，對黑河中游地下水的時空變化異質性[6]、水文過程模擬[7]、土地利用對水資源的響應[8]等方面進行了研究，這些研究多集中在較大尺度或者在中等流域尺度上進行的地下水資源研究，而小尺度包括荒漠區地下水資源研究少見。因此在荒漠區環境下對地下水的合理利用非常關鍵，如近年來注重在荒漠區發展沙產業、建立農業生態示范基地、進行植被生態恢復等都需要利用地下水資源，加上在近年來對荒漠區地下水動態研究更少。該研究依托建在黑河流域中游荒漠區的紅沙窩荒漠化綜合防治試驗站地下水觀測數據，結合氣象觀測數據，分析荒漠區的地下水位標高月動態和年動態變化規律，并分析二者的變化與降水量的關系，以期為黑河流域中游荒漠區地下水資源的合理利用和管理提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于黑河流域中游的荒漠區，因地處大陸腹地且遠離海洋，加上大氣環流的控制及周邊高原和沙漠的影響，形成了典型的溫帶大陸性干旱氣候，建在該荒漠區的國家級紅沙窩荒漠化綜合防治試驗站（100°31′56″E、39°01′46″N）[9]氣象監測數據表明，近10年來荒漠區地溫（5 cm）均值為11.8 ℃，土壤濕度均值為3.6%，大氣溫度均值為8.5 ℃，大氣濕度均值為43.4%，年均降水量為144.2 mm，年均蒸發量為1 124.3 mm，盛行西北風，年均風速為0.9 m/s。天然植被分布稀疏，主要分布紅砂（Reaumuria songarica）、泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）、白刺（Nitraria tangutorum）等旱生植物。研究區人為活動明顯，特別是為發展工農業，消耗了當地的大量水資源，加上不合理的開采和分水政策的實施造成了地下水資源的強烈變化。

1.2 數據采集和數據處理

數據來源于黑河流域中游荒漠區的國家級紅沙窩荒漠化綜合防治試驗站，試驗站建有地下水監測井2眼，其中一眼觀測時間較遲，始于2014年，該研究利用的數據來自另一眼地下水位監測井，該地下水位監測井觀測始于2006年，地理位置為100°30′54″E、39°00′40″N，監測井口徑大小為30 cm，深度為20 m。每月15日觀測地下水監測井水位標高。降水量數據來源另一眼地下水位監測井附近的一套移動式的氣象站，觀測頻率為每小時觀測一次。

將所有的觀測數據利用Excel 2016軟件進行數據整理和統計，并進行地下水位標高時間動態變化和年份變化的趨勢預測分析;利用SPSS Statistics軟件對地下水位標高和降水量進行了簡單的兩兩相關分析，識別地下水位標高對降水量的響應程度。

2 結果與分析

2.1 地下水月動態變化

對地下水動態監測井的水位標高月動態變化進行了統計分析，結果發現（圖1），研究時段內地下水位標高的月動態變化呈現明顯的單峰型變化特性。1—3月份，地下水位標高變化不明顯，其水位大小為83.5～98.9 cm;從3月份開始，地下水位標高逐漸升高，到7月份，其地下水位標高達到最大值，即從3月份的83.5 cm升高至541.4 cm;從7月份開始，除11月份有較小的波動外，地下水位標高逐漸下降，即從7月份的541.4 cm下降至12月份的114.0 cm。

2.2 地下水年動態變化

對地下水監測井的水位標高年動態變化進行了統計分析，結果發現（圖2），研究時段內地下水位標高呈不明顯的波動性變化特性，地下水位標高最小值是193.8 cm（2015年），最大值是353.7 cm（2013年），研究時段內的地下水位標高總體上呈下降的變化趨勢，地下水位的下降將導致地下水位埋深的不斷增加。

2.3 地下水與降水量的相關性分析

對地下水動態監測井的水位標高月動態變化和月降水量進行相關性分析，Spearman相關系數為0.911，水位標高月動態變化和月降水量呈極顯著相關性（P<0.01），表明地下水位標高月動態變化取決于月降水量。同時對地下水動態監測井的水位標高年動態變化和年降水量進行相關性分析，Spearman相關系數為0.109，水位標高年動態變化和年降水量相關性不顯著（P>0.05），說明地下水位標高的年動態變化與年降水量的影響無關。

3 結論與討論

研究區監測井地下水位標高從春季的3月份到夏季的7月份逐漸升高，說明地下水的補給量大于其開采利用量，其補給量主要來源于出山河水、引灌河水的垂向入滲補給和山區側向流入量、降水、凝結水入滲補給，其開采利用量在研究區主要是農業灌溉（特別是4—6月份）、城市工業和生活用水[5]。7—12月份地下水位標高呈逐漸下降的趨勢，說明開采利用量大于其補給量;其他月份的波動不是太大，即1—3月份開采利用量較小。水位標高年動態變化表明，地下水位是逐年減少的，原因一方面是農田和治沙林地灌溉面積的增加，另一方面是地表水發生了再分配[10]，地表水的減少，使得荒漠區的地下水資源補給能力減弱，為了滿足農田和林地需要保證，就需要開采大量的地下水，導致了區域地下水位的下降。影響地下水位變化的原因有多種因素，該研究對地下水位和降水量的相關性分析表明，月降水量明顯地影響地下水位標高的變化，可見，研究區的地下水位標高變化在一定程度上受控于區域降水量，研究結論與牛赟等[9]的研究結論一致。而年降水量對地下水位標高變化無影響，說明在研究區降水對地表水的作用弱于其他因子的作用，如土地利用變化的影響、水資源利用率。

因此，通過該研究認為在荒漠區地帶做好扭轉地下水位的下降，考慮從以下方面著手，調配地表水和地下水資源的合理利用;調整產業結構，避免農業和林業用地的擴張，引進生態農業灌溉技術，節約水資源;做好地表水和地下水交換區的生態治理，如荒漠區周邊的濕地生態恢復治理。

參考文獻

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