喀什地區地下水埋深時空變化特征及影響成因探討

努爾麥麥提·艾麥提

( 新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

新疆喀什地區地下水資源較為豐富，地下水在平原地區的水資源量可達到75.38 億m3[1]。地表水轉化補給是喀什平原區地下水補給主要來源，地下水總補給量中河道和渠系入滲補給量占比高于70%[2]。葉爾羌河和喀什葛爾河流域水系對喀什地區地下水補給量分別為71.6%和28.4[3]?？κ驳貐^地下水補給受內陸干旱氣候影響存在明顯的地帶分布，粗顆粒礫石層主要為山前一帶沖洪積扇裙的地質組成，地下潛流層主要由地表水通過山前側滲補給[4]。地勢平臺的沖積平原區地下水主要通過河流側向徑流補給較多，其他補給方式包括承壓含水層的垂向補給[5]。喀什地區地下水在沖積平原中運移速率較慢，垂直方向是沖積平原區地下水補給和排泄的主要方式，地下水受人類活動和側向流入沙漠區影響變化較為明顯[6]。地下水系統的變化趨勢需要通過地下水埋深變化來反映，近些年來，喀什地區地下水埋深變化取得一定研究成果，但是對于其平原區地下水埋深變化影響分析還較少，尤其是對其成因探討還未進行系統研究，為系統對喀什地區地下水埋深進變化特征及其影響成因進行深入探討，結合喀什地區153 眼地下水觀測井地下水埋深觀測數據，對其近20 年以來喀什地區地下水埋深變化特征進行分析，并對其影響成因進行定量分離[7-11]。研究成果對于喀什地區地下水保護規劃具有重要參考價值。

1 研究數據與方法

1.1 研究數據

文章選用喀什地區153 眼地下水觀測井2000-2020 年地下水埋深觀測數據作為分析數據，各眼地下水觀測井分布密度為4 眼/103km2，各地下水觀測井之間的間距為4~10km 范圍內，目前喀什地區地下水自動觀測井和人工觀測井分別為80 眼和53 眼，各地下水觀測井以能反映區域地下水動態變化特征進行區域控制。

1.2 研究方法

首先采用Pettitt方法對喀什地區地下水埋深突變特征進行突變分析，該方法首先對于變量序列xi進行統計變量Ut和Vt的計算：

該方法定義最顯著的突變點統計量Kt進行統計分析：

突變點的判定按照統計量P是否滿足顯著性進行分析：

若分析數據序列出現顯著突變點其P<0 0.05。考慮到地下水埋深影響因素較為復雜，在進行影響成因定量分析之前，按照敏感性分析，首先對地下水埋深的主要因素進行敏感性，確定主要影響因子，其計算方程為：

其中ε為地下水埋深影響要素的敏感值；Fi為不同影響因子的序列值；為地下水埋深（m）；和分別為地下水埋深影響因子序列均值和地下水埋深序列均值(m)；隨著地下水埋深影響因子加大而增大地下水埋深其ε>0，反之ε<0。ε的絕對值越高，其敏感程度越大。在地下水埋深影響因子敏感性分析的基礎上，確定喀什地區地下水埋深影響的主要因子后，需要對不同影響因子之間的貢獻率進行分析，計算方程為：

2 地下水埋深時空變化特征

2.1 不同區域年尺度地下水埋深變幅

結合喀什地區153 眼地下水觀測井地下水埋深觀測數據，對其不同區域地下水埋深變化均值及地下水埋深變幅進行統計分析，結果如表1 所示。

表1 喀什地區各分區不同年代際地下水埋深變幅及變化率統計結果

從喀什地區各區域近20 年以來地下水埋深變幅和變化率可看出，喀什各區域地下水埋深總體呈現遞增變化，地下水埋深遞增率均值為0.17m/10a。從空間變化而言，喀什地區地下水埋深總體從南向北逐步遞減，地下水埋深在沖積平原區較大，最大地下水埋深可達到20m，喀什市以東的伽師縣和岳普湖縣區域地下水埋深具有明顯的遞減變化，地下水埋深均低于5m?？κ驳貐^從山區到平原受海拔高度及地形變化影響，地下水埋深存在明顯的垂直帶分布，山區地下水埋深較低，下游平原區地下水埋深較高，地下水埋深從山區到平原逐步遞減變化。另外文章還對喀什地區各區域近20 年以來地下水埋深突變特征進行分析，通過分析各分區地下水埋深突變年份均集中在2010 年前后，通過分析2010 年前后，喀什地區加大了對區域地下水保護力度，地下水開采量得到明顯變化，使得喀什地區各分區地下水埋深變幅有所減小，但其突變特征顯著性較弱。

2.2 不同區域季節尺度地下水埋深變幅

在喀什各分區年尺度地下水埋深變化分析的基礎上，對其不同年代際各個季節地下水埋深變化進行統計，統計結果如表2、表3、表4 及表5 所示。

表2 喀什地區各區域不同年代際春季地下水埋深變化特征

表4 喀什地區各區域不同年代際秋季地下水埋深變化特征

表5 喀什地區各區域不同年代際冬季地下水埋深變化特征

除冬季外，喀什地區各區域不同年代際春季、夏季、秋季地下水埋深時空變化特征和年尺度地下水埋深變化具有一致性，夏季各區域地下水埋深遞增趨勢明顯高于春季和秋季，冬季地下水埋深呈現遞減變化，各季節地下水埋深總體從南向北逐步遞減。夏季喀什地區地下水埋深變化率均值為0.0766m/10a，地下水埋深遞增率最大，其次為春季，其各區域地下水埋深變化率均值為0.0596m/10a，秋季喀什各區域地下水埋深變化率均值為0.0426m/10a，冬季喀什地區地下水埋深總體呈現遞減變化，各區域遞減率均值為-0.0086m/10a。通過對各季節喀什地區地下水埋深數據進行突變分析，夏季突變年份和年尺度突變年份具有一致性，春季和秋季和年尺度突變年份具有不一致性，主要是因為喀什地區地下水補給比例所致，夏季地下水補給量占全年總補給量的比例可達到45%，春季和秋季補給率分別為35%和15%，春季受區域融雪徑流補給使得其地下水補給比例也較高。

3 地下水埋深時空變化影響成因分析

3.1 地下水影響因子敏感度分析

結合地下水埋深影響因子中的氣溫、降水量、蒸發量以及地下水開采量序列，對其進行標準化處理后，得到各影響因子的標準化序列值，和地下水埋深標準化數據系列進行敏感度的分析，分析結果如表6 所示。

表6 喀什地區各分區地下水埋深影響因子敏感度分析結果

從喀什地區各分區地下水埋深影響因子敏感度分析結果可看出，降水和蒸發量對喀什各區域地下水埋深影響敏感度均較低，均小于0.01，降水量和蒸發量對喀什地區地下水埋深影響相對較小，這主要是因為喀什地區屬于典型的內陸季風氣候，氣候干燥少雨，因此降水量和蒸發量對其影響程度相對較低。而氣溫對區域地下水埋深影響敏感度較高，高于0.5，這主要是因為喀什地區地下水補給重要來源為融雪徑流的滲漏補給，而氣溫是融雪徑流的主要影響因子，因此其對喀什地區地下水埋深影響敏感度較高。地下水開采量主要為人類活動對區域地下水埋深的影響，其敏感度僅次于氣溫，各區域敏感度也在0.3 以上，但總體小于氣溫對喀什地區地下水埋深的影響度。

3.2 地下水影響因子相對貢獻率分析

在各區域地下水埋深影響因子敏感度分析的基礎上，結合相對貢獻率分析方法對各影響因子的相對貢獻率進行計算，結果如表7 所示。

表7 喀什地區各分區地下水埋深影響因子相對貢獻率分析結果

從喀什地區各區域地下水埋深影響因子的相對貢獻率分析結果可看出，氣溫是喀什地區地下水埋深遞增變化的主因，其次為地下水開采量，氣溫影響相對貢獻率均高于50%，而地下水開采量相對貢獻率均高于30%。降水量和蒸發量相對貢獻率均低于10%。各影響因子的相對貢獻率總體和其敏感度分析一致，敏感度越高的因子其對喀什地區地下水埋深影響相對貢獻率也較高。氣溫是喀什地區地下水埋深變化影響的主因是因為其對區域山區融雪徑流影響較大，而融雪徑流是喀什地區地下水補給重要來源，因子其對喀什地區地下水埋深影響的相對貢獻率較高。

4 結 論

1）喀什地區地下水埋深總體從南向北逐步遞減，地下水埋深在沖積平原區較大，最大地下水埋深可達到20m，喀什市以東的伽師縣和岳普湖縣區域地下水埋深具有明顯的遞減變化，地下水埋深均低于5m。

2）喀什地區各區域不同年代際春季、夏季、秋季地下水埋深時空變化特征和年尺度地下水埋深變化具有一致性，夏季各區域地下水埋深遞增趨勢明顯高于春季和秋季，冬季地下水埋深呈現遞減變化，各季節地下水埋深總體從南向北逐步遞減。

3）氣溫是喀什地區地下水埋深遞增變化的主因，其次為地下水開采量，氣溫影響相對貢獻率均高于50%，而地下水開采量相對貢獻率均高于30%，降水量和蒸發量相對貢獻率均低于10%。