古力米日·買買提

(新疆喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什 844000)

水資源主要由地表水資源和地下水資源組成，地下水由于開(kāi)采難度較低、且分布范圍加大的原因?qū)τ趨^(qū)域水資源供需平衡影響程度較大[1]。我國(guó)水資源時(shí)空分布不均特點(diǎn)影響農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)需要[2]。近些年來(lái)一些研究成果表明[3-8]人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)新疆地區(qū)地下水埋深變化產(chǎn)生不同程度的影響。新疆最大農(nóng)業(yè)灌區(qū)為葉爾羌流域灌區(qū)，流域由于地處大陸干旱氣候，降水量偏少，區(qū)域干旱特征較為明顯。此外由于近些年來(lái)灌區(qū)農(nóng)業(yè)耕種面積不斷增加，灌區(qū)水資源壓力也逐步加大。有成果表明受氣溫變化影響葉爾羌河流域灌區(qū)地下水變動(dòng)幅度明顯高于降水量的變化。當(dāng)前對(duì)于葉爾羌河流域地下水埋深取得一定研究成果，但對(duì)于灌區(qū)地下水埋深變化的研究還較少，為此本文結(jié)合葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其灌區(qū)地下水埋深變化特征進(jìn)行分析，研究成果對(duì)于流域灌區(qū)水資源可持續(xù)利用和保護(hù)具有重要的參考價(jià)值。

1 灌區(qū)概況及分析方法

1.1 灌區(qū)概況

本文主要以葉爾羌河流域巴楚、麥蓋提子、莎車子三個(gè)主要灌區(qū)作為研究區(qū)域，三個(gè)灌區(qū)地下水資源總量占流域地下水總量的比例高達(dá)57.5%。巴楚灌區(qū)地下水主要來(lái)源工程引水進(jìn)行補(bǔ)給，莎車子灌區(qū)內(nèi)地表水資源量相對(duì)較大，作為葉爾羌河出山口主要灌區(qū)，其地下水補(bǔ)給量較大。麥蓋提灌區(qū)內(nèi)基本不產(chǎn)流，其主要來(lái)自于冰川融雪補(bǔ)給。

1.2 研究方法

主要采用距平方式，結(jié)合結(jié)合葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其灌區(qū)地下水埋深變化波動(dòng)特征進(jìn)行分析，在變化特征分析的基礎(chǔ)上采用敏感度及相對(duì)貢獻(xiàn)率方法對(duì)其變化的主因進(jìn)行探討。地下水埋深變化影響敏感度主要通過(guò)建立地下水埋深和其變化影響因素之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算方程為：

(1)

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

(2)

式中：Y為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的地下水埋深；Q為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的的灌區(qū)年徑流量；P為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的的灌區(qū)年降水量；G為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的農(nóng)業(yè)灌溉水量；ET為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的的灌區(qū)年蒸發(fā)量；K為標(biāo)準(zhǔn)化處理后地下水開(kāi)采量。在各影響因子標(biāo)準(zhǔn)化處理成無(wú)量綱值后對(duì)其相對(duì)貢獻(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算，方程為：

(3)

式中：η為地下水埋深影響因子貢獻(xiàn)率相對(duì)值(%)。

2 葉爾羌河主要灌區(qū)地下水埋深變化特征

2.1 年內(nèi)各灌區(qū)地下水埋深變化特征

結(jié)合葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)各灌區(qū)年內(nèi)地下水埋深距平值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

從葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)地下水埋深年內(nèi)距平統(tǒng)計(jì)值可看出，各灌區(qū)地下水埋深均在3月距平最低，處于最低值，從3月開(kāi)始各灌區(qū)地下水埋深距平值增加，地下水埋深逐步遞增，從7月份開(kāi)始到第二年的2月份葉爾羌河流域三個(gè)主要灌區(qū)地下水埋深逐步下降，地下水埋深距平值降低，5-10月份各灌區(qū)由于農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，其地下水埋深高于區(qū)域多年地下水埋深的均值。通過(guò)對(duì)結(jié)合葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)2003-2018年地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，巴楚灌區(qū)地下水埋深遞減速率要高于其他兩個(gè)灌區(qū)，其年地下水埋深下降的幅度為0.15 m/a，麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)的地下水埋深下降幅度分別為0.13 m/a和0.092 m/a，莎車子灌區(qū)地下水埋深下降幅度最為緩慢。巴楚灌區(qū)由于其區(qū)域植被覆蓋度加大且位于葉爾羌河下游其補(bǔ)給量相對(duì)較少，因此其地下水埋深變幅最大，而其他兩個(gè)灌區(qū)由于位于流域上游其地下水補(bǔ)給量均要高于巴楚灌區(qū)，因此其地下水埋深變幅相對(duì)緩慢。

表1 葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)地下水埋深年內(nèi)距平統(tǒng)計(jì)值

2.2 農(nóng)作物不同生長(zhǎng)時(shí)期各灌區(qū)地下水埋深變化特征

考慮灌區(qū)主要為農(nóng)業(yè)灌溉，因此對(duì)區(qū)域農(nóng)作物不同生長(zhǎng)季節(jié)的地下水埋深變化特征進(jìn)行分析，各灌區(qū)不同農(nóng)作物生長(zhǎng)時(shí)期的地下水埋深距平統(tǒng)計(jì)值如表2所示。

表2 葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)農(nóng)作物 不同生長(zhǎng)時(shí)期地下水埋深距平統(tǒng)計(jì)值

葉爾羌河流域農(nóng)作物生長(zhǎng)季主要集中在5-10月，其他月份為農(nóng)作物非生長(zhǎng)季節(jié)，從各灌區(qū)農(nóng)作物不同生長(zhǎng)季節(jié)的地下水埋深距平值可看出，生長(zhǎng)季各灌區(qū)地下水埋深距平值相對(duì)較高，而非生長(zhǎng)季節(jié)由于農(nóng)灌水量減少，其地下水埋深值增加，從而降低了其地下水埋深距平值。從各灌區(qū)不同生長(zhǎng)季地下水埋深變化可看出，莎車子灌區(qū)在農(nóng)作物生長(zhǎng)季及非生長(zhǎng)季地下水埋深距平值變幅較小，表明該灌區(qū)農(nóng)灌水量并不完全依靠區(qū)域地下水灌溉，巴楚灌區(qū)不同時(shí)期地下水埋深距平值要高于其他兩個(gè)灌區(qū)，這主要是因?yàn)榘统鄥^(qū)農(nóng)灌水主要依靠區(qū)域地下水所致。

3 葉爾羌河主要灌區(qū)地下水埋深變化原因分析

3.1 影響敏感度分析

結(jié)合前面所述的地下水埋深影響因子敏感度計(jì)算方法，對(duì)巴楚灌區(qū)、麥蓋提子灌區(qū)及莎車子灌區(qū)地下水埋深影響因子的敏感度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。

表3 葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)地下水埋深 變化影響因子敏感度分析結(jié)果

從各因子敏感度分析可看出，對(duì)于三個(gè)灌區(qū)而言，年蒸發(fā)量對(duì)于各灌區(qū)地下水埋深影響敏感度最高，且明顯高于其他幾個(gè)影響因子，其次為地下水開(kāi)采量，年徑流量和農(nóng)業(yè)灌溉水量對(duì)各灌區(qū)地下水埋深影響為負(fù)值，敏感度較低。葉爾羌河流域蒸發(fā)量和區(qū)域氣候緊密相關(guān)，流域多年蒸發(fā)量高達(dá)2 000 mm以上，而年降水量多年均值低于70 mm，從水量平衡角度出發(fā)相比于降水條件，蒸發(fā)對(duì)于葉爾羌河流域三個(gè)灌區(qū)地下水埋深影響最大。

3.2 主因貢獻(xiàn)率相對(duì)值分析

結(jié)合區(qū)域地下水埋深變化6個(gè)影響因子，對(duì)葉爾羌河流域三個(gè)主要灌區(qū)的地下水影響因子的貢獻(xiàn)率相對(duì)值進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

表4 葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)地下水埋深 變化影響因子貢獻(xiàn)率相對(duì)值分析結(jié)果

從各灌區(qū)地下水埋深變化影響因子貢獻(xiàn)率相對(duì)值分析結(jié)果可看出，巴楚灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水量對(duì)于其地下水埋深變化貢獻(xiàn)率最高為35.92%，其次為地下水開(kāi)采量，麥蓋提子灌區(qū)地下水開(kāi)采量對(duì)其地下水埋深影響貢獻(xiàn)率(最大為38.95%，年降水貢獻(xiàn)率最低為6.35%。莎車子灌區(qū)地下水開(kāi)采量對(duì)其地下水埋深影響貢獻(xiàn)率最大為45.63%，其次為農(nóng)業(yè)灌溉水量為31.45%?？傮w而言各灌區(qū)地下水埋深受降水影響的貢獻(xiàn)率均低于10%，受降水影響度較低。

3.3 灌區(qū)渠井用水比例分析

為對(duì)各灌區(qū)地下水用水效率進(jìn)行分析，結(jié)合各渠井2003-2018年數(shù)據(jù)對(duì)各灌區(qū)地下水渠井用水比例進(jìn)行分析，結(jié)果如表5所示。

表5 葉爾羌流域三個(gè)主要灌區(qū)地下水渠井用水比例分析結(jié)果

從各年份三個(gè)灌區(qū)地下水地下水渠井用水比例分析結(jié)果可看出，麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)用水比例轉(zhuǎn)折點(diǎn)在2005年，用水比例呈現(xiàn)較為顯著遞減，通過(guò)調(diào)查分析這主要是因?yàn)辂溕w提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)從2005年開(kāi)始加大了地下水取水量進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，雖然一些節(jié)水措施在灌區(qū)取水得到應(yīng)用后，其渠井用水比例有所增加，但總體還是小于2005年。巴楚灌區(qū)從2011年以后其渠井用水比例逐年遞增，這主要是因?yàn)榘统鄥^(qū)近些年來(lái)加大了灌區(qū)節(jié)水綜合改造，提高了取水效率。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)巴楚灌區(qū)地下水埋深遞減速率要高于其他兩個(gè)灌區(qū)，其年地下水埋深下降的幅度為0.15 m/a，麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)的地下水埋深下降幅度分別為0.13 m/a和0.092 m/a，莎車子灌區(qū)地下水埋深下降幅度最為緩慢。

(2)對(duì)于巴楚、麥蓋提子、莎車子灌區(qū)而言，年蒸發(fā)量對(duì)于各灌區(qū)地下水埋深影響敏感度最高，且明顯高于其他幾個(gè)影響因子，其次為地下水開(kāi)采量，年徑流量和農(nóng)業(yè)灌溉水量對(duì)各灌區(qū)地下水埋深影響為負(fù)值，敏感度較低。

(3)麥蓋提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)用水比例轉(zhuǎn)折點(diǎn)在2005年，用水比例呈現(xiàn)較為顯著遞減，主要是因?yàn)辂溕w提子灌區(qū)和莎車子灌區(qū)從2005年開(kāi)始加大了地下水取水量進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉。