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(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

新疆葉爾羌河流域地下水時空動態(tài)演變及影響因素研究

古力皮亞·沙塔爾

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

本文以新疆葉爾羌河某流域為研究區(qū)域，基于區(qū)域2個地下水監(jiān)測點1987-2010年地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合M-K突變分析方法對區(qū)域地下水時空動態(tài)演變及影響要素進行分析。分析結(jié)果表明：區(qū)域年地下水資源量呈現(xiàn)明顯下降趨勢；區(qū)域地下水埋深從1999-2000年出現(xiàn)較明顯的突變點，M-K值在-0.5～1.0之間；區(qū)域地下水埋深從春夏之交的動態(tài)變化最大，秋季的埋深變化最??；區(qū)域地下水埋深空間分布降低逐步向外擴散；區(qū)域降水是地下水影響的主要因素，降水量每增加50 m，地下水可抬升0.4 m左右。

地下水時空動態(tài)演變；M-K突變分析方法；地下水影響因素分析；新疆葉爾羌某流域

近些年來，區(qū)域地下水資源保護和可持續(xù)利用研究逐漸成為研究熱點，特別是對于干旱半干旱區(qū)域而言，地下水資源是區(qū)域重要的水資源組成。而對于地下水資源保護和可持續(xù)利用首先需要對區(qū)域地下水變化特征進行定量評價和分析，在此基礎(chǔ)上才能制定區(qū)域地下水保護和可持續(xù)開發(fā)利用的規(guī)劃和相應(yīng)措施。當(dāng)前，對于區(qū)域地下水變化特征分析的研究成果較多[1-6]，這些成果均表明對于區(qū)域地下水資源研究十分必要。新疆葉爾羌流域地處新疆干旱半干旱區(qū)域，地下水資源較為豐富，進入20世紀(jì)，對于新疆葉爾羌河流域地下水資源研究較多[7-9]，但是對于區(qū)域地下水資源時空動態(tài)演變研究還較少，特別是對于分析區(qū)域地下水變化影響因素相關(guān)研究還未進行，為此本文以新疆葉爾羌河某流域為研究區(qū)域，基于區(qū)域地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，對區(qū)域地下水資源時空動態(tài)演變進行分析，并討論區(qū)域地下水變化的影響因素。

1 M-K突變分析原理

M-K方法主要采用統(tǒng)計學(xué)方法對時間變量進行突變點的分析，其主要計算的步驟為：

(1) 首先對地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)序列{xt}，t = 1，2，…，m(m ≤ n)進行統(tǒng)計量的計算：

(1)

其中在方程(1)中dm表示為構(gòu)造的M-K統(tǒng)計變量；m為地下水監(jiān)測序列樣本總數(shù)。

(2)在具體計算時令令m = 1，2，…，n，并同時計算其統(tǒng)計量U (dm)，計算方程為：

(2)

E(dm)=m(m-1)/4

(3)

(4)

對m進行固定，構(gòu)造的統(tǒng)計變量U(dm)從服從N(0， 1)分布。

(3)將地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)序列進行反向重構(gòu)，并進行(1)和(2)的重復(fù)運算，得到新的構(gòu)造統(tǒng)計變量U′(dm)，并令：

U*(dm)=-U′(dm′)

(5)

其中在方程(5)中m′=n-m+1。

(4)將U(dm)和U*(dm)過程同時點繪中同一個時間序列變化圖中，兩個變化序列的交叉點即為地下水埋深變化的突變點，并對突變點進行顯著性變化分析。

2 新疆葉爾羌流域地下水時空動態(tài)演變及影響要素分析

2.1 區(qū)域地下水概況

本文以新疆葉爾羌某流域為研究區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)有2處地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，各站點的地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)時間序列為1987-2010年，區(qū)域多年地下水資源量為8.5億 m3，多年地下水埋深為6.5 m，結(jié)合區(qū)域地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，應(yīng)用M-K方法對區(qū)域地下水時空變化特征進行動態(tài)演變分析。

2.2 時間過程演變動態(tài)變化分析

2.2.1 年水資源量變化過程分析

結(jié)合區(qū)域兩個監(jiān)測點1987-2010年地下水資源量數(shù)據(jù)，點繪了其地下水資源量的變化過程，結(jié)果見圖1。

1#站點 2#站點

從圖1中可以看出，區(qū)域內(nèi)兩個站點的地下水資源量變化趨勢較為一致，均呈現(xiàn)較為明顯的下降趨勢，1#站點的地下水水資源量變幅要大于2#站點的地下水資源量變幅。從圖中還可看出，區(qū)域內(nèi)兩個地下水監(jiān)測點多年平均地表水資源量變化較為平穩(wěn)。

2.2.2 地下水埋深年突變分析

結(jié)合M-K突變分析方法對區(qū)域兩個地下水監(jiān)測點地下水埋深進行突變分析，分析結(jié)果見圖2。

1#站點 2#站點

從圖2中可以看出，1#站點出現(xiàn)1個交叉點，其出現(xiàn)年份為2000年，其M-K值為1.0，而2#地下水監(jiān)測點分別在1998年出現(xiàn)較為明顯的交叉點，其M-K值為-0.5，可見，研究區(qū)域區(qū)域地下水埋深從1999-2000年出現(xiàn)較明顯的突變點，M-K值在-0.5～1.0之間。

2.2.3 地下水埋深月變化過程分析

在地下水年尺度變化的基礎(chǔ)上，對區(qū)域地下水埋深不同年代的地下水月變化過程進行了分析，分析結(jié)果見圖3。

從圖3中可以看出，1#站點1990年代和2000年代其月地下水埋深發(fā)生較大程度的變化，而2#站點其地下水埋深變化從1990年代到2000年代變化幅度較小，這主要是因為1#站點為區(qū)域地下水主要的開采區(qū)域，而從1990年代到2000年代，其開采量逐步較大，使得1#站點區(qū)域月尺度地下水埋深發(fā)生較大程度的變化。從月變化過程可以看出，區(qū)域地下水埋深從春夏之交的動態(tài)變化最大，秋季的埋深變化最小。

1#站點 2#站點

2.3 空間分布演變動態(tài)分析

在區(qū)域地下水時間過程動態(tài)演變分析的基礎(chǔ)上，對于區(qū)域不同年代的地下水埋深變化進行動態(tài)變化分析，分析結(jié)果見圖4。

1990年代 2000年代

從圖4中可以看出，1990年代區(qū)域變幅較小，而進入2000年代以后，其地下水埋深變化幅度較大，地下水埋深變幅加劇的區(qū)域逐步增加，且呈現(xiàn)較為明顯的島狀連片變化，并逐步從區(qū)域的中心向外逐步擴散。

2.4 地下水演變影響因素分析

此外，在地下水時空動態(tài)變化分析基礎(chǔ)上，進行區(qū)域降水量與地下水水位的回歸分析，回歸分析結(jié)果見圖5。

圖5 研究區(qū)域地下水與降水量回歸分析

從圖5中可以看出，區(qū)域降水量和地下水呈現(xiàn)較好的相關(guān)關(guān)系，從圖中可以看出，降水量是影響區(qū)域地下水的主要要素，從回歸分析可以看出，降水量每增加50 m，地下水可抬升0.4 m左右。

3 結(jié)語

本文結(jié)合M-K突變分析方法，對新疆葉爾羌河流域地下水時空演變進行分析，并分析區(qū)域地下水變化的影響因素，分析取得以下結(jié)論：

(1)區(qū)域地下水資源量呈現(xiàn)較為明顯的下降區(qū)域，分布在1998年和2000年出現(xiàn)地下水埋深的突變；

(2)受地下水開采影響，區(qū)域從1990年代到2000年代，其月地下水埋深出現(xiàn)較為明顯的變幅，地下水埋深從春夏之交的動態(tài)變化最大；

(3)降水是區(qū)域地下水動態(tài)變化影響的主要因素，從定量角度而言，當(dāng)區(qū)域降水量每增加50 mm，其區(qū)域地下水位可以抬升0.4 m左右。

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SpatialandTemporalDynamicsofGroundwaterandItsInfluencingFactorsintheYarkantRiverBasin

GulipiyaShataer

(Xinjiang Kashi Hydrographic Survey Bureau, Xinjiang, Kashi, 844000)

Based on the groundwater monitoring data of the two groundwater monitoring points in 1987 and 2010, the M-K mutation analysis method was used to analyze the temporal and spatial dynamics of regional groundwater and the influencing factors in the Xinjiang Yarkant River as a research area. The results show that the annual groundwater resources are significantly declining in the region. The groundwater depth in the region is more obvious from 1999 to 2000, and the MK value was between-2.1～-0.5. The dynamic change of the groundwater depth is the largest in the spring and summer. The groundwater level can be increased by 0.4 m.

groundwater temporal and spatial dynamic evolution；M-K mutation analysis method；groundwater influencing factors analysis；Xinjiang Yelqiang a watershed

P641.74

A

1004-1184(2017)06-0064-02

2017-08-14

古力皮亞·沙塔爾(1974-)，女，新疆喀什人，工程師，主要從事水文水資源分析工作。