通遼市地下水位動態(tài)分析及預(yù)測

張賀

摘要：準(zhǔn)確評價及預(yù)測研究區(qū)域的地下水動態(tài)變化趨勢，對于提高當(dāng)?shù)氐叵滤盟屎屯晟频叵滤Y源規(guī)劃具有重要意義。采用GM（1，1）模型，擬合通遼市5旗1縣1區(qū)近30 a地下水埋深變化，預(yù)測未來10 a地下水埋深，并提出加強地下水資源保護建議。

關(guān)鍵詞：地下水埋深；動態(tài)變化；GM（1，1）模型

中圖分類號：S273.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）02-0040-04

通遼市中部平原地區(qū)主要靠開采地下水來維持水資源供給，由于地下水持續(xù)超采，已造成地下水位急速下降，漏洞叢生，對生態(tài)環(huán)境有著一定的影響。在算水資源賬時一定要考慮生態(tài)用水，不能以犧牲生態(tài)為代價發(fā)展經(jīng)濟[1]。對地下水資源潛力進行準(zhǔn)確評估，確保地下水資源的可持續(xù)供給，是通遼地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的保證。通過預(yù)測地下水埋深的動態(tài)變化趨勢，能夠定性分析其對生態(tài)環(huán)境的影響。

本文采用GM（1，1）模型，以通遼地區(qū)7個旗縣區(qū)為例，對其地下水埋深序列進行模擬預(yù)測。

GM（1，1）模型具有建模過程簡單、模型表達式簡潔、便于求解及應(yīng)用廣泛的突出特點。在發(fā)展系數(shù)a的絕對值較小（如-a≤0.3）時，模擬值精度較高；但當(dāng)發(fā)展系數(shù)a的絕對值較大（如-a>0.5）時，模型偏差較大，無法用于中長期預(yù)測，甚至不宜作短期預(yù)測[2-3]。

1 通遼市概況

通遼市地處內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，松遼平原西端，科爾沁沙區(qū)腹地，總面積約6萬km2，生態(tài)環(huán)境脆弱、植被稀疏，多年平均降雨量在200～400 mm之間[4]。由于通遼地區(qū)實際用水量大大超過本地區(qū)水資源的負擔(dān)能力，加上過去盲目開發(fā)、無節(jié)制地用水等人為因素，導(dǎo)致地下水位逐年下降，生態(tài)環(huán)境惡化，局部出現(xiàn)漏斗區(qū)。本研究以通遼市行政區(qū)的完整邊界范圍作為研究區(qū)，包括扎魯特旗、奈曼旗、庫倫旗、科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼后旗、開魯縣、科爾沁區(qū)共5旗1縣1區(qū)。

2 淺層地下水水位動態(tài)變化特征分析

影響研究區(qū)地下水水位動態(tài)的因素主要有氣象、水文、地形地貌和人為因素，動態(tài)變化是各種因素的綜合反映，只是在不同的時段和不同的地理、地貌位置，不同的因素占主導(dǎo)作用[5]。

根據(jù)通遼市水文局提供的1985—2007年各旗縣區(qū)年平均地下水埋深，加權(quán)平均得出通遼市中部平原區(qū)地下水埋深年際動態(tài)變化情況為：地下水平均埋深由1985年末的2.40 m下降到2007年末的4.00 m，下降的平均速度為0.07 m/a。分析埋深數(shù)據(jù)可知：1997年之前，地下水位下降較為緩慢，地下水埋深基本維持在1.00～4.00 m之間，平均埋深約2.50 m，科爾沁區(qū)地下水埋深較深，在3.00 m以下；1997年之后，地下水位開始明顯下降，至2007年，平均埋深下降至約3.00 m左右。2008年通遼市7個縣旗級行政區(qū)所屬平原區(qū)43 734 km2范圍內(nèi)，年末淺層地下水動態(tài)水量比年初減少1.90億m3。在各行政區(qū)中，開魯縣、科爾沁區(qū)、奈曼旗地下水動態(tài)水量分別減少2.11億、0.98億及0.34億m3，扎魯特旗、科左后旗、科左中旗、庫倫旗地下水動態(tài)水量分別增加了0.81億、0.30億、0.29億及0.13億m3。

3 GM（1，1）模型預(yù)測地下水埋深

3.1 GM（1，1）模型建模

4） 還原值為：

5） 灰色預(yù)測檢驗。

①殘差檢驗。殘差檢驗就是計算相對誤差，以殘差的大小來判斷模型的好壞。

②后驗差檢驗。

后驗差比：

3.2 通遼地區(qū)地下水資源埋深預(yù)測

根據(jù)通遼地區(qū)7個旗縣區(qū)1980—2008年這29 a地下水埋深的觀測資料進行建模，通過灰色預(yù)測檢驗?zāi)Ｐ徒⒑脡?，并預(yù)測未來10 a的地下水埋深。

根據(jù)公式（1）—（6），以科爾沁區(qū)為例，比較實測值、模擬值、殘差和相對誤差（見表2）。

應(yīng)用上述數(shù)據(jù)資料及模型對科爾沁區(qū)1987—2015年地下水埋深進行預(yù)測，結(jié)果見圖1。

通過模型計算可知：科左后旗a=-0.326，b=2.679，相對誤差為13.120，時間響應(yīng)函數(shù)為x（k+1）=85.341 705 exp（0.326 220×k）-82.141 705。

對科爾沁區(qū)進行灰色預(yù)測檢驗，檢驗結(jié)果為：殘差檢驗p=0.95，后驗差檢驗C=0.15，檢驗結(jié)果模型均為1級（好）。因此，采用GM（1，1）對通遼地區(qū)進行地下水埋深預(yù)測可行。

同理，根據(jù)上述公式（1）—（6），可以計算出通遼地區(qū)7個旗縣區(qū)的模型。

根據(jù)公式（5）—（9）進行檢驗，檢驗結(jié)果見表4。

采用GM（1，1）模型對7個旗縣區(qū)1980—2008年的平均地下水埋深進行擬合，對未來10 a 的地下水埋深進行了預(yù)測，結(jié)果見表5。

根據(jù)計算，GM（1，1）模型的計算擬合值與實測值擬合均處于3級標(biāo)準(zhǔn)以上，可見預(yù)測情況較好。由圖1可知，科爾沁區(qū)模型擬合效果較好，能很好地擬合變化趨勢，體現(xiàn)出波動特征。以科爾沁區(qū)為例，在模擬的29 a中，相對誤差在20%以上的有5個，相對誤差在10%以下的有13個，擬合精度較高；其他各地區(qū)擬合精度均較高。

3.3 結(jié)論與討論

地下水對生態(tài)環(huán)境的影響程度要考慮地下水埋深趨勢及地下水埋深變幅兩方面影響，可以定性評價研究區(qū)域的水資源承載力。地下水埋深以整體趨勢下降慢或者呈波浪變化的為好，線性下降但降幅小的為一般，線性下降但下降幅度大的為差。

通遼市各旗縣區(qū)預(yù)測結(jié)果表明：研究區(qū)域的地下水埋深逐年加深，其中庫倫旗為好，科左中旗和奈曼旗為由好下降到一般，扎魯特旗和科左后旗為一般，科爾沁區(qū)為差。這與前述通遼市水資源承載力評價結(jié)果相近。

根據(jù)預(yù)測，未來10 a科爾沁區(qū)和開魯縣的地下水位埋深將下降2.00 m多，科左中旗、科左后旗、奈曼旗下降約1.00 m，庫倫旗和扎魯特旗地下水位變化不大。從預(yù)測結(jié)果可以看出，地下水位下降速度較慢，但仍是下降的趨勢，所以加強地下水源保護已勢在必行。

4 加強地下水資源保護的建議

1） 建立地下水動態(tài)監(jiān)測與評價系統(tǒng)。各地建立的地下水動態(tài)觀測站的業(yè)務(wù)范圍應(yīng)該拓寬，增加生態(tài)環(huán)境方面的觀測研究。尤其是在干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，地下水資源又是生態(tài)環(huán)境中最敏感最主要的因素，下墊面條件和地下水的補、徑、排條件不斷發(fā)生變化，地下水資源量也將隨之變化，應(yīng)根據(jù)條件的變化不斷開展地下水試驗研究，并不斷加強和完善地下水監(jiān)測工作。

2） 重新研究地下水資源評價的方法與原則。在計算地下水開采資源量時，應(yīng)充分考慮自然環(huán)境的生態(tài)平衡，將地下水生態(tài)平衡埋深作為地下水開采資源計算的重要依據(jù)。

3） 據(jù)通遼市生態(tài)環(huán)境的退化情況，選擇指示植物，研究確定通遼地區(qū)的地下水生態(tài)平衡埋深。

參考文獻

[1] 王浩，陳敏建，秦大庸，等.西北地區(qū)水資源合理配置和承載能力研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2] 魏光輝.優(yōu)化GM（1，1）模型在地下水埋深預(yù)測中的應(yīng)用[J].地下水，2011，33（6）：18-19.

[3] 李亮，陳剛，馬蜂.基于灰色理論的地下水埋深預(yù)測分析[J].地下水，2010，32（3）：22，45.

[4] 宋慶玉.通遼是科爾沁區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2007.

[5] 張鑫馨.鄂爾多斯能源基地地下水開發(fā)的植被生態(tài)效應(yīng)研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2010.