姜　龍

(新疆自治區(qū)石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000)

瑪納斯河流域莫索灣灌區(qū)地下水資源特征分析

姜龍

(新疆自治區(qū)石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000)

[摘要]瑪納斯河流域莫索灣灌區(qū)地處我國西北干旱地區(qū)。根據(jù)新疆瑪納斯河流域中下游莫索灣灌區(qū)1998～2007年共10年的地下水觀測資料，分析地下水年內、年際變化情況，采用主成分分析、水量均衡法對灌區(qū)地下水動態(tài)變化規(guī)律及影響因素進行分析。結果表明：灌區(qū)地下水年際變化總體呈持續(xù)下降趨勢，在人類活動與自然條件的共同作用下年內變化特征明顯，地下水資源處于負均衡狀態(tài)；分析主要影響因素與地下水埋深關系，得出莫索灣灌區(qū)地下水主要影響因素為灌溉用水量和蒸發(fā)量，各團場的地下水位變化驅動力不盡相同；研究莫索灣灌區(qū)地下水變化特征對區(qū)域水資源合理開發(fā)與保護具有重要指導意義。

[關鍵詞]莫索灣灌區(qū)；地下水；影響因素；水量均衡法

20世紀末期，我國的諸多專家學者也從各個角度開展了不同空間尺度的地下水環(huán)境演化的研究?，敿{斯河流域作為典型干旱區(qū)內陸河流域，其水資源的分配和利用是決定該地區(qū)土地利用、農業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展的決定性因素。近幾年隨著綠洲面積的擴大，瑪納斯河流域水資源需求量逐年增大，地下水資源大量開采，導致產(chǎn)生了土壤鹽漬化、土地荒漠化、植被面積消退及河流斷流等一系列生態(tài)環(huán)境問題[1-2]。因此，分析瑪納斯河流域中下游灌區(qū)地下水動態(tài)變化特征，對于維持流域社會經(jīng)濟發(fā)展，改良鹽堿地以及保護地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要指導意義。

本文在前人研究的基礎上，更加深入地分析了在人為因素與自然因素雙重作用影響下研究區(qū)地下水變化特征，采用多種分析方法對流域地下水驅動影響因素進行了定位分析，為流域地下水資源的保護提供合理的科學依據(jù)。

1資料來源和研究方法

1.1研究區(qū)域概況

瑪納斯河流域位于新疆天山北麓，準葛爾盆地南緣，總面積約1.98萬 km2，年平均徑流量約12.8億 m3。本文研究區(qū)域選擇在新疆瑪納斯河流域莫索灣灌區(qū)，其位于天山北坡經(jīng)濟開發(fā)區(qū)核心地帶，地處準噶爾盆地南緣，東連瑪納斯縣灌區(qū)，南靠農八師石河子市，西連老沙灣灌區(qū)，北鄰古爾班通古特沙漠(圖1)。下設147團、148團、149團和150團四個大型農牧團場。灌區(qū)位于瑪納斯河流域北部下游靠近沙漠的細土平原區(qū)，地勢東高西低，地形平坦，坡降在1/1 000～2/1 000之間，海拔在291～370 m。莫索灣灌區(qū)以農業(yè)種植為主，需水量大，使得地下水水位呈逐年下降趨勢；莫索灣灌區(qū)歷年降雨量平均為117 mm，最少年份(1981年)70.8 mm，最多年份(1987年)219.6 mm，年際豐枯懸殊，年內分派不均，多集中在春夏季，占全年的65%～78%；多年平均氣溫6.6℃，多年平均蒸發(fā)量2 174.6 mm，是降雨量的10倍以上，是典型的西北干旱區(qū)氣候[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簡單，操作方便，適用范圍廣泛，能夠合理充分利用地下水長期觀測數(shù)據(jù)，對于水文地質勘探資料缺少的地區(qū)來說，是一種有效的研究方法。主要適用于評價區(qū)域地下水補給與排泄水資源量。其關系公式如下：

Q總補-Q總排±ΔW=X

Q總補=Q側入+Q渠滲+Q田滲+Q庫滲+Q河滲+Q降滲+Q回歸

Q總排=Q側出+Q蒸發(fā)+Q開采

(1)

式中：Q側入為地下水側向補給量；Q渠滲為渠系滲漏補給量；Q田滲為渠灌田間入滲補給量；Q庫滲為水庫滲漏補給量；Q河滲為河道滲漏補給量；Q降滲為降水入滲補給量；Q回歸為井灌回歸補給量；Q側出為地下水側向流出量；Q蒸發(fā)為潛水蒸發(fā)量；Q開采為地下水開采量[4]。

1.2.2主成分分析法

主成分分析法的原理是把多個統(tǒng)計指標轉化為少數(shù)幾個綜合性指標。該分析方法主要采取降維處理，找出幾個關鍵綜合因子代替原先眾多的因子變量，使這些綜合因子盡可能反映原先眾多因子變量所攜帶的信息，而且彼此之間互不影響，從而達到簡化分析的目的[5]。

圖1　瑪納斯河流域莫索灣灌區(qū)地理位置示意

2地下水動態(tài)變化分析

2.1地下水埋深年內變化

莫索灣灌區(qū)地下水類型以多層結構的承壓水為主，含水層巖性以細砂、粉細砂為主。滲透性較差，富水性較差，不宜集中開采。在綠洲灌區(qū)，主要受灌溉入滲補給和人工開采因素的影響，表現(xiàn)為灌溉入滲—開采型。由于引水灌溉、入滲補給地下水量較多，地下水位抬升，在一些地區(qū)產(chǎn)生了土壤次生鹽漬化。為了改良土壤，灌區(qū)開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。最高水位一般出現(xiàn)在4～5月份，最低水位出現(xiàn)在8～9月份，年變幅0.1～0.85 m。

灌區(qū)潛水水位動態(tài)受灌溉、蒸發(fā)和開采共同控制，其中以人工開采為主，以莫索灣灌區(qū)147團地下水變化為例，主要表現(xiàn)為灌溉與人工開采混合型特征(圖2、圖3)。2002年，147團年平均地下水埋深3.10～3.55 m，變幅為0.45 m，地下水最大埋深為3.55 m，2006年，147團平均地下水埋深3.10～3.45 m，變幅為0.35 m，最大埋深為3.45 m；近10 a147團地下水埋深變化幅度平均在0.4 m左右，最高水位出現(xiàn)在4～5月份，這期間，積雪融水，又是農業(yè)春灌集中期，造成地下水位持續(xù)上升，致使4、5月份時出現(xiàn)最高水位，之后的6～8月份蒸發(fā)加大，又是農作物需水的高峰期，大量的開采地下水，導致地下水位持續(xù)下降，至8、9月份出現(xiàn)最低水位，以后隨著側向徑流的補給，地下水位出現(xiàn)回升。

a.地下水埋深與灌溉用水量

b. 地下水埋深與抽水量

a.地下水埋深與灌溉用水量

b.地下水埋深與抽水量

2.2地下水埋深年際變化

莫索灣灌區(qū)地下水主要接受側向徑流補給和灌溉水入滲補給，在這種條件下，水位多年動態(tài)變化特征基本上反映了地下水開采量在年際上的變化特征；通過分析灌區(qū)1998～2007年地下水系列動態(tài)資料，發(fā)現(xiàn)灌區(qū)地下水位明顯受灌溉用水量和人工開采量的控制，尤其是人工開采量對地下水位變化影響最大，灌區(qū)內地下水位多年呈下降的趨勢，其中150團地下水位變幅明顯，從1998年到2007年地下水位下降3.5 m，年均下降速率為0.35 m，呈現(xiàn)出典型的開采型動態(tài)；而147團地下水位卻有微小的上升趨勢，從1998年到2007年地下水位上升0.8 m，年均上升速率為0.08 m(圖4)。

2.3水量均衡分析

此次莫索灣灌區(qū)水文地質參數(shù)及水均衡要素的選取，主要是參照《新疆地下水資源》進行研究分析。莫索灣灌區(qū)地下水補給量主要可以分為渠系滲漏、田間入滲、灌溉入滲以及地下水側向補給四個部分；因為地下水埋深較大，故研究區(qū)不存在潛水蒸發(fā)量，地下水開采是該地區(qū)地下水排泄的主要方式。綜上所述，我們根據(jù)實際觀測數(shù)據(jù)，結合相關計算公式，對莫索灣灌區(qū)地下水進行水量均衡分析，均衡期為2007年1月到2007年12月，分析結果見表1。

表1　灌區(qū)地下水均衡分析　104 m3/a

通過水均衡分析得出莫索灣灌區(qū)年均地下水Q總補=2 632.3×104m3/a，Q總排=2 803×104m3/a，排補差為-170.7×104m3/a，地下水處于負均衡狀態(tài)，呈現(xiàn)出下降趨勢，與近10年地下水觀測結果基本一致。

a.147團地下水埋深變化

b.150團地下水埋深變化

3地下水埋深影響因素分析

3.1主成分分析

利用SPSS12.0軟件對莫索灣灌區(qū)各團場地下水的影響因子進行主成分分析，得出以下結果見表2。

表2　莫索灣灌區(qū)地下水影響因素排序

3.2結果分析

由表2可知，莫索灣灌區(qū)地下水主要影響因素為灌溉用水量和蒸發(fā)量，各團場的地下水位變化驅動力不盡相同；其中147團、149團地下水位變化的主要影響因素為灌溉和蒸發(fā)，其他各因素影響較?。?48團地下水位變化的主要影響因素為蒸發(fā)和徑流，其他各因素影響較??；150團地下水位變化的主要影響因素為灌溉用水和地表水用水，其他各因素影響較小，主要是因為150團位于沙漠邊緣，潛水埋深大，使得蒸發(fā)降雨影響相對較小?？傮w分析得出莫索灣灌區(qū)地下水水位體現(xiàn)出自然條件與人類活動共同影響下的變化特征。

4結語

(1)灌區(qū)年內地下水最高水位出現(xiàn)在4～5月份，主要由于這期間積雪融水補給，蒸發(fā)量偏低，且春灌剛剛開始灌溉需水量不大造成地下水位持續(xù)上升，6～8月農業(yè)灌溉需水量處于高峰期，地下水開采量大幅升高，蒸發(fā)量偏大，導致地下水位持續(xù)下降，到8、9月份出現(xiàn)最低水位，之后地下水側向補給，地下水位又基本恢復到年初水平。

(2)灌區(qū)地下水位年際變化，除147團地下水位略有上升，其余各團地下水位均有所下降，這主要是由于147團地下水受農田灌水量和河流徑流量的滲透補給造成的；150團相比148團、149團地下水位下降最為明顯，這是由于150團位于古爾班通古特沙漠邊緣，其西北部為灌區(qū)地下水主要排泄斷面，加上地下水開采量加大，導致其地下水位持續(xù)下降；與水均衡法計算結果一致，莫索灣灌區(qū)地下水變化總體處于負均衡狀態(tài)。

(3)莫索灣灌區(qū)氣候干燥降水稀少，地下水是當?shù)刂匾乃Y源組成部分，對綠洲農業(yè)灌溉和生態(tài)系統(tǒng)都至關重要。根據(jù)主成分分析，莫索灣灌區(qū)地下水主要影響因素為灌溉用水量和蒸發(fā)量，各團場的地下水位變化驅動力不盡相同，體現(xiàn)出自然條件與人類活動共同影響下的變化特征。

參考文獻

[1]吉磊，何新林，劉兵，等.近60年瑪納斯河徑流變化規(guī)律的分析[J].石河子大學學報(自然科學版).2013.31(6):765-769.

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[4]杜玉嬌，何新林.水均衡法評價瑪納斯河流域莫索灣灌區(qū)地下水資源[J].中國農村水利水電.2012,(9):63-66.

[5]鮑衛(wèi)鋒，黃介生，孔祥元.基于主成分分析法的流域水循環(huán)效應[J].武漢大學學報：工學版.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

[作者簡介]姜龍(1974-)，男，山東文登人，工程師，主要從事水文水資源勘測工作。

[中圖分類號]P641.2

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)03-0001-03