于中江，欒 孌，王 晶

（煙臺(tái)市水文中心，山東 煙臺(tái) 264006）

煙臺(tái)市大沽夾河由內(nèi)、外夾河兩大支流匯合而成，流域位于山東半島，煙臺(tái)市的中北部，河道干流總長140 km，流域面積2 296 km2。大沽夾河流域?qū)倥瘻貛|亞季風(fēng)流域大陸性氣候，流域內(nèi)降水受氣候影響較大，時(shí)空分布極不均勻，汛期（6~9月）降水量占全年降水量的70%以上。多年平均降水量723.6 mm，多年平均陸上水面蒸發(fā)量1115.5 mm，年徑流總量2.81億m3。多年平均水資源總量為3.06億m3。流域內(nèi)有豹山河、韓家疃河等眾多支流，沿岸多耕地，涵養(yǎng)60萬人口。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

根據(jù)煙臺(tái)市水文中心對(duì)該流域水文變化的常年監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。地下水位資料選取大沽夾河流域內(nèi)14處典型測井，所選測井的地理位置和所處水網(wǎng)覆蓋了大沽夾河流域的所有范圍，具有較強(qiáng)的代表性。實(shí)地考察中借助手持GPS對(duì)測井地理位置進(jìn)行定位，記錄其經(jīng)緯度。

利用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合空間變異理論，利用AcrGIS10.0中地統(tǒng)計(jì)模塊（Geostatistical Analyst）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間克里格插值（Ordinary Kriging）分析，分析其地下水位的空間變異性。

2 結(jié)果分析

2.1 近10年水位走勢(shì)分析

對(duì)2011—2020年每年內(nèi)的14處測井水位求平均值，得到該年全流域的平均水位。并根據(jù)10年的平均水位進(jìn)行趨勢(shì)分析，了解近10年的平均水位走勢(shì)，由此可看出在2017年大沽夾河流域水位達(dá)到了最低值9.61 m，在2011年水位達(dá)到了最高值13.89 m；其余年份水位圍繞著10年的平均水位11.69 m上下波動(dòng)，處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。年際水位大幅度變化歸因于該年的降雨、蒸發(fā)等因素，這一推測在大沽夾河流域降雨蒸發(fā)分析中得以驗(yàn)證。

2.2 流域年際地下水位變化分析

對(duì)選取的14處測井地下水位數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，運(yùn)用SPSS對(duì)其在2011～2020年間的地下水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到各測井地下水位特征參數(shù)，見表1。由表1知，14處測井的地下水位存在明顯差異性；10年中每處測井的變幅差異較大，最高變幅是棲霞機(jī)井隊(duì)，變化范圍為18.96 m；最低變幅是王格莊村，僅為0.02 m。標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布偏度為0，表1的偏度值表明地下水位無規(guī)律的分布在平均值的兩側(cè)，各處水位的不對(duì)稱分布主要與降雨、蒸發(fā)、灌溉等因素有關(guān)。由表1數(shù)據(jù)可見荊子埠村、前鋪村、東關(guān)村附近地下水位波動(dòng)較小，芝陽村、七里屯村、西埠莊村等地下水位波動(dòng)較大，地下水位的波動(dòng)與各處測井的地理位置和灌溉方式有一定關(guān)系。根據(jù)上述分析，對(duì)于水位較高且波動(dòng)較小的流域可在農(nóng)業(yè)灌溉期間采用井灌方式；針對(duì)水位較低的西埠莊、北五供水公司等地流域應(yīng)采用渠灌方式，并對(duì)當(dāng)?shù)夭缓侠淼挠盟绞郊右哉巍?/p>

表1 2011—2020年研究流域地下水位特征參數(shù)

2.3 流域年內(nèi)地下水位空間變異分析

對(duì)地下水位進(jìn)行半方差分析，擬合結(jié)果見表2。可以用高斯模型進(jìn)行擬合，塊金值（C0）反映了區(qū)域化變量由于試驗(yàn)誤差或其他隨機(jī)變量引起的變異程度，地下水位的C0均較小，說明熱導(dǎo)率測量中由于測量誤差等隨機(jī)變量引起的空間變異程度較低。

表2 不同尺度土壤熱導(dǎo)率半方差函數(shù)模型及參數(shù)擬合

基臺(tái)值（C0+C）反映了各變量在研究區(qū)內(nèi)空間變異的總強(qiáng)度，變程（A）表示區(qū)域化變量空間自相關(guān)的尺度范圍，3種尺度下C0+C和A均值表現(xiàn)出隨尺度的減小而減小，說明研究區(qū)系統(tǒng)內(nèi)總的空間變異程度與采樣尺度密切相關(guān)，即采樣尺度越小，空間自相關(guān)距離越小。空間自相關(guān)作用范圍隨尺度的減小而減小。

塊金系數(shù)C0（/C0+C）反映隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性占總空間異質(zhì)性的百分比，該值越高，說明隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性程度作用越大。且其值代表了系統(tǒng)變量空間相關(guān)性的程度，該值<25%表明系統(tǒng)空間相關(guān)性較強(qiáng)，該值在25%~75%之間表明系統(tǒng)空間相關(guān)性為中等，該值>75%表明系統(tǒng)空間相關(guān)性較弱。

2.4 流域年內(nèi)地下水位時(shí)間變異分析

為了研究地下水位在各個(gè)季節(jié)之間的差異，進(jìn)行地下水年內(nèi)變化特點(diǎn)分析，特別是研究在農(nóng)業(yè)灌溉用水季節(jié)，應(yīng)用何種灌溉方式，以達(dá)到最優(yōu)的地下水利用模式。在研究各個(gè)月份的水位變化時(shí)，為減小洪澇和干旱年份對(duì)分析結(jié)果的影響，去除了2011年和2017年的數(shù)據(jù)，從其余8年的數(shù)據(jù)中求得各月份的平均水位，分析地下水位的時(shí)間變異規(guī)律見圖1。

圖1 大沽夾河流域水位隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

大沽夾河流域地下水位受降水量、蒸發(fā)量、人類活動(dòng)、農(nóng)業(yè)用水量等多種因素的影響。由圖1可知，該流域地下水位季節(jié)性變化影響大。原因如下：1月煙臺(tái)地區(qū)冬季降雪量較大，氣溫低，蒸發(fā)量小，且冬季農(nóng)業(yè)用水量少；2月中下旬開始天氣回暖，冰雪融化，河流解凍，地表徑流增多，地表水補(bǔ)給地下水，使地下水位略微升高；3月開始到5月中旬，該階段降水量少，蒸發(fā)量逐漸增加，耕地復(fù)蘇，農(nóng)作物需水量增多，導(dǎo)致地下水位下降；5月下旬到6月開始降水增加對(duì)地下水有所補(bǔ)給，但仍利用地下水灌溉，地下水位略微升高；7~9月降雨量逐漸增多，地表水補(bǔ)給地下水，同時(shí)農(nóng)業(yè)灌溉水由地下水轉(zhuǎn)變?yōu)榻邓叵滤昧繙p少，水位開始回升。從10月下旬到12月，降雨基本結(jié)束，加之蒸發(fā)消耗和人類生活用水，地下水位有所回落。

2.5 大沽夾河流域降雨蒸發(fā)分析

水位變化的原因是地下水系統(tǒng)對(duì)內(nèi)外作用力的一種響應(yīng)[1]，地下水均衡的主要影響因素包括：降雨量、蒸發(fā)量、地表水滲透補(bǔ)給量、其他含水層的滲透補(bǔ)給量、地下水溢出量等[2]。水位變化是多種影響因素綜合作用的結(jié)果，其中降水與蒸發(fā)對(duì)水位動(dòng)態(tài)的影響最為顯著。

降雨蒸發(fā)資料選門樓水庫站水文觀測站的數(shù)據(jù)，見表3。

表3 大沽夾河流域降雨蒸發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

蒸降差指某一流域在一定時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)量與降水量的差值[3]。研究蒸降差的時(shí)空分異，在地理環(huán)境上，對(duì)探討氣候環(huán)境變化條件下的水資源循環(huán)具有重要的意義；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，蒸降差是制定農(nóng)作物灌溉計(jì)劃的重要依據(jù)。分析蒸降差與地下水位間的關(guān)聯(lián)性，可為水資源的高效利用提供參考依據(jù)[4，5]。

由表3可以看出蒸降差在研究年際內(nèi)變化顯著。蒸降差越大說明該年份的水資源消耗越大，地下水位隨之降低；反之亦然?？梢娫?019年蒸降差最大時(shí)產(chǎn)生了10年內(nèi)的最低水位，這一現(xiàn)象符合上述規(guī)律；在2011年蒸降差達(dá)到最小時(shí)產(chǎn)生了10年內(nèi)的最高水位。以上分析說明研究流域內(nèi)蒸降差與地下水位的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，受其他因素如地表徑流入滲、地下水開采、相鄰流域排補(bǔ)量的影響較小。

3 結(jié)論

結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)與統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)大沽夾河流域10年地下水位進(jìn)行空間變異分析與年內(nèi)的時(shí)間變異分析，針對(duì)地下水位的時(shí)空變化提出在某一時(shí)期、某一流域到底該應(yīng)用何種灌溉方式。本文的主要研究成果如下：

1）根據(jù)研究流域近10年地下水位走勢(shì)分析，地下水位圍繞10年水位均值32.92 m上下波動(dòng)，呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。

2）從對(duì)研究流域典型年份的地下水位插值分析中得到，年內(nèi)水位空間變異性較強(qiáng)，針對(duì)東關(guān)村、芝陽村等低水位流域，農(nóng)業(yè)灌溉應(yīng)以渠灌方式取代井灌方式。針對(duì)王各莊村等高水位流可在其附近采用井灌方式，以防止土地次生鹽堿化。

3）根據(jù)2011—2020年研究流域地下水位特征參數(shù)，各處測井的水位差異較大，變幅差異較大，地下水位無規(guī)律的分布在平均值的兩側(cè)，水位波動(dòng)較大。

4）由年內(nèi)地下水位時(shí)間變異分析，研究流域地下水位變化受季節(jié)性影響較大，應(yīng)針對(duì)不同季節(jié)選取合理的灌溉方式，合理配置地下水。

5）研究降雨蒸發(fā)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)蒸降差與該流域地下水位變化的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，但不能完全控制地下水位的變化。

分析地下水位應(yīng)從多因素入手，積極開展井渠雙灌工程，對(duì)不合理的灌溉模式及地下水使用方式予以糾正和改善，為農(nóng)業(yè)灌溉提出理論依據(jù)，給予灌溉管理人員和農(nóng)民指導(dǎo)性意見，從而實(shí)現(xiàn)合理、科學(xué)用水，節(jié)水減耗增效和農(nóng)業(yè)增收。