貴州省巖溶地下水資源變化特征分析

鄒鳳釵　鄒銀先

(貴州省地質環境監測院， 貴陽　550018)

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貴州省巖溶地下水資源變化特征分析

鄒鳳釵鄒銀先

(貴州省地質環境監測院， 貴陽550018)

貴州是以碳酸鹽巖地層分布為主的省份，巖溶十分發育，大氣降水是地下水的主要補給源。自2000年以來，貴州旱澇災害頻繁,受災面積大,特別是2010年百年一遇大旱，災情嚴重。本文根據近50年來的監測資料，采用回歸分析方法，分析了降水量和巖溶地下水資源量之間的變化特征,為貴州合理開發利用地下水資源提供依據。

貴州；降水量；巖溶水資源；變化特征

貴州位于長江和珠江兩大水系的分水嶺地段，為云貴高原的組成部分，西高東低，分別向南向北傾斜，平均海拔1000m左右。貴州碳酸鹽巖的分布面積約11×104km2，占全省面積的69.1%[1]。碳酸鹽巖的類型以石灰巖和白云巖為主，不同類型的碳酸鹽巖由于其巖石化學成分和結構的不同，巖溶發育差異較大：(1)在地表和地下形成了與巖性相適應的巖溶個體形態和組合形態；(2)形成地表與地下相互聯系的巖溶空間，并在地形、地質構造、水動力的影響下，控制不同類型碳酸鹽巖中地下水的賦存和運移條件。

貴州巖溶地下水的補給來源主要為大氣降水，補給方式主要為：(1)通過裸露巖溶石山的裂隙等以面狀分散形式通過包氣帶補給巖溶地下水；(2)通過落水洞、深大裂隙、溶井等以集中方式直接補給飽水帶巖溶地下水。

2　降水量變化特征

隨著近代全球氣候的變化，貴州省氣候條件亦發生了較大的變化，突出表現為大氣降水量減少，干旱氣候連續發生[2]。根據貴州省氣象部門資料，1954-2012年年降水量變化過程見圖1。圖中顯示的年降水過程曲線具有以下特征：

(1)在近60年中出現明顯的8個氣候段：20世紀中期以前為多雨期，50年代中至60年代前期為少雨期，60年代中后期為多雨期，70-80年代為少雨期，90年代為多雨期；進入20世紀，從2000年開始至2012年為少雨期，2012年至2013年降水量持續下降。

圖1　貴州省1954-2013年年降水量歷時曲線圖

(2)歷年的降水歷時曲線還反映出，20世紀50-80年代，雖然降水量呈現出緩慢的遞減趨勢，但是，總體仍然處于相對 “穩定狀態”；90年代進入一個持續10年的多雨期，并分別在1991年、1993年、1996年和1998年頻發洪澇災害；2000年以后，年降水量以一個較大的速率持續減少，并分別在2005年、2009-2012年持續出現少雨干旱年份，2011年達到有氣象記錄以來百年不遇的特大干旱。

綜上可知，隨著近代全球氣候變化，貴州氣象也隨之變化，主要表現為：一是氣象周期的縮短，即干旱年份的重現期變短、干旱頻率加大；二是年大氣降水量出現逐漸減少的趨勢。

3　地下水資源變化特征

3.1年際變化特征

通過對2000-2011年12年間貴州省碳酸鹽巖地區的地下水資源量[3-4]及降水量進行對比分析(圖2)可以看出：

(1)年降水量與地下水資源量的變化規律具有一致性，當降水量減少或增加時，地下水資源量隨之變化的相關性，揭示了地下水資源量與降水量的相關關系。

(2)特別是2011年出現特大干旱的氣候環境影響所致，地下水資源量已達到歷史最小值。

(3)貴州省碳酸鹽巖地區地下水資源量總體呈下降趨勢，且干旱年份重現期變短、干旱頻率加大。

圖2　年降水量與地下水資源量關系圖

3.2年內變化特征

選取了代表典型溶洞裂隙水的安順市西秀區小坡屯長觀點資料[5]對地下水進行動態特征分析(圖3)，可看出：

(1)監測區總體上地下水水位的最低點都顯示在3月中旬至5月中旬時間段內，地下水水位變幅大多數在2.0m以內；

(2)地下水水位基本都于5月開始回升，7-8月期間地下水水位達到最高峰后，然后持續下降。

(3)貴州大旱期間(2009年7月至2010年6月)，與歷史前三年相比較，其地下水位要比同期明顯下降，降幅一般在1.0～2.0m。

圖3　天然條件下溶洞裂隙水水位動態變化曲線圖

3.3變化趨勢

選取貴州碳酸鹽巖地區3個不同時期保證率為50%的地下水資源量進行趨勢分析，即把2011年的計算結果與30年前全省1:20萬普查計算結果和10年前全省1:25萬勘查計算成果進行對比，結果顯示，地下水補給量比30年前減少了44.476×108m3/a，比10年前減少21.631×108m3/a，全省地下水資源補給量呈減少趨勢(圖4)。

圖4　貴州省地下水補給量變化曲線圖

同時對比20世紀70年代至80年代初的1:20萬水文地質調查資料，2012年開展的枯季測流結果反映，收集對比4850個泉點及地下河，其中減少的點數為3911個，占總數的80.64%；干涸及斷流的點有519個，占總數的10.70%[3]。受近代持續的氣候干旱的影響，省內大部分巖溶大泉、地下河流量比歷史同期流量明顯減少。

受氣象周期縮短(干旱年份重現期變短、干旱頻率加大)、大氣降水量逐年減少，貴州省地下水資源總量出現減少的趨勢[2]。但不同類型巖溶流量中的水資源量減少幅度在一定程度上與流域的地層巖性、地質構造及地形地貌有關[6]。

4　降水量與地下水資源回歸分析

根據2000-2011年貴州省降水量和碳酸鹽巖地區地下水資源量資料進行回歸分析。假定X=年降水總量(億m3),Y=年地下水資源量(億m3),繪制X-Y散點分布趨勢圖，如圖5所示。從整體上看，這些數據點有一定的分布趨勢，大致呈現在一條直線附近，這說明變量X與Y之間具有明顯的線性相關關系。

圖 5　X-Y散點分布趨勢圖

Y=a+bX。式中：a、b為待定回歸系數,根據最小二乘原理，可以找出一條最接近所有觀測值的直線方程，即為回歸方程。

如果這條直線與各點偏差的平方和為最小，便是所求的最佳直線，最小二乘估計可以通過對二元函數Δ求極值而獲得。即：

求解，即可求得待定回歸系數a、b：

將年降水量和年地下水資源量代入計算，可求得a=112.249，b=0.073，則經驗回歸直線方程為y=112.249+0.073x。

通過F檢驗法檢驗認為年降水量對年地下水資源量Y有顯著的影響；T檢驗法和r檢驗法檢驗說明年降水量對年地下水資源量有顯著的線性相關關系。

5　結論

(1)貴州巖溶地下水賦存受地形地貌、地層巖性、地質構造等影響，其補給來源主要為大氣降水，補給方式主要有直接補給和通過包氣帶補給兩種[7]。

(2)貴州省地下水資源變化主要是受降水量變化引起的，根據相關性分析，其年降水量與地下水資源變化基本一致，相關性系數為0.926。

(3)通過水資源線性變化特征分析，貴州省地下水資源量呈減少趨勢。

[1] 鄒銀先，鄒鳳釵.在氣候變化下貴州巖溶地下水資源變化研究報告[R].貴陽：貴州省地質環境監測院，2015.

[2]王明章，王偉，張林，等.貴州省巖溶區地下水與地質環境[M].北京：地質出版社.

[3]鄒銀先.貴州省巖溶泉及地下河枯季測流總結報告[R].貴陽：貴州省地礦局，2012.

[4]李懷志．近50年貴州省氣候變化的淺析[J].安徽農業科學，2010,38(36)：20926-20967，20968.

[5]羅炳佳,張景國，楊森林，等.貴州省“十一五”地質環境監測成果報告[R].貴陽：貴州省地質環境監測院，2011.

[6]秦年秀，陳喜，薜顯武，等.氣候變化對烏江流域水文水資源的影響[J].河海大學學報，2011,39(6):623-628.

[7]韓至均,金占省，李興中，等.貴州省水文地質志[M].北京：地震出版社，1996.

Changes of karst groundwater resources in Guizhou

Zou Fengchai, Zou Yinxian

(Geological Environmental Monitoring Institute in Guizhou)

in geology, Guizou was mainly composed of carbonate rock layers, where karst was well developed and the groundwater was replenished by atmospheric precipitation. Since the year 2000, droughts and floods happened frequently and a large number of areas in Guizhou were affected, especially in 2010 it occurred the worst flood in a century. In this paper, we collected the rainfall and groundwater information of recent 50 years, and made the regression analysis, in order to reveal the relationship between precipitation and karst groundwater resources.

Guizhou; precipitation; karst water resources; variation characteristics

2016-06-03; 2016-07-05修回

鄒鳳釵，女，1985年生，碩士，工程師。研究方向：水文地質、環境地質、工程地質及農業地質。E-mail: 694554086@qq.com

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