姜麗麗，吳勇，孫先鋒，尹恒，王春紅，高東東

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德陽(yáng)城區(qū)地下水溫度動(dòng)態(tài)特征及影響因素

姜麗麗1，吳勇2，孫先鋒3，尹恒4，王春紅5，高東東2

（1．西藏金海礦產(chǎn)資源有限公司，成都 610081；2．地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都 610059；3．四川地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，成都 610081；4．四川省安全科學(xué)技術(shù)研究院，成都 610000；5．四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八二大隊(duì)，四川德陽(yáng) 618000）

根據(jù)德陽(yáng)2001～2008年23口地下水溫度監(jiān)測(cè)井資料分析，年動(dòng)態(tài)類型可分為平穩(wěn)、上升、下降、起伏等4類；影響地下水溫度動(dòng)態(tài)類型的有氣溫、大氣降水、地下水埋深等，此外，地下水開采、觀測(cè)操作不當(dāng)也對(duì)動(dòng)態(tài)類型產(chǎn)生重要影響，其中水溫與氣溫、降雨量和地下水位成正相關(guān)，與埋深為負(fù)相關(guān)。單井上，地下水位或埋深對(duì)水溫的影響程度最高，降雨量最低；總體上，地下水溫度與氣溫、降雨量、埋深和地下水位的相關(guān)性處于低至中等水平，降雨量的影響程度較高，而埋深和地下水位相對(duì)較低。

地下水溫度；動(dòng)態(tài)特征；相關(guān)性；德陽(yáng)

地下水溫度動(dòng)態(tài)是地下水動(dòng)態(tài)的重要組成部分之一，其研究對(duì)豐富水文地質(zhì)學(xué)基本理論以及解決當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際中的問(wèn)題都具有積極意義[1~3]。當(dāng)前的研究專注于水溫的動(dòng)態(tài)類型、影響因素、同震效應(yīng)、礦區(qū)水文地質(zhì)、判斷地下水補(bǔ)給來(lái)源、地下水源熱泵等，采用的方法有類比、回歸、灰色關(guān)聯(lián)度、GM（1,1）模型、數(shù)值模擬等[4~10]。

通過(guò)對(duì)德陽(yáng)城區(qū)2001～2008年的淺層松散孔隙水溫度動(dòng)態(tài)資料系統(tǒng)整理，分析10年來(lái)地下水溫度變化規(guī)律，利用相關(guān)性分析研究地下水溫度的影響程度。

1 德陽(yáng)市城區(qū)水溫動(dòng)態(tài)觀測(cè)

德陽(yáng)城區(qū)位于成都平原東北邊緣（圖1），主要河流為沱江水系綿遠(yuǎn)河和石亭江。德陽(yáng)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.1℃，年平均降雨量896.94mm。地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，賦存于全新統(tǒng)（Q4al）、上更新統(tǒng)（Q3fgl+al）及中更新統(tǒng)（Q2fgl+al）砂礫卵石、含泥砂礫卵石及砂泥質(zhì)礫卵石層中，埋深0.5~6m，局部大于10m。含水層厚10~25m，滲透系數(shù)30~150m/d，單井涌水量500~5 000m3/d。區(qū)內(nèi)地下水接受地下徑流、降水和農(nóng)渠水的入滲補(bǔ)給，總體呈北西-南東流向，在不同區(qū)段通過(guò)地下徑流、人工開采、河渠、蒸發(fā)和泉眼等排泄[11]。

研究區(qū)內(nèi)建立了完整的地下水水位、水質(zhì)、水溫動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，有30個(gè)長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)。水溫動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)頻率在2004年1月之前每月6次，2004年1月之后改為每月3次，其中23個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在2001年至2008年間水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較完整（圖1）。

2 德陽(yáng)市城區(qū)水溫動(dòng)態(tài)特征

研究區(qū)地下水水溫具有不均勻性，在不同季節(jié)不同地區(qū)水溫差別較大，多年不同位置監(jiān)測(cè)孔水溫在1.2～34.4℃之間，屬冷～溫水，年均水溫在17.8～18.9℃[12]。

2.1 多年趨勢(shì)動(dòng)態(tài)

以2001年1月～2008年12月單井水溫月均值為分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)多年動(dòng)態(tài)類型為起伏型。以202井為例（圖 2），該井水溫一直呈有規(guī)律起伏變化，周期為1a左右，但幅度不等。這類動(dòng)態(tài)的成因主要跟氣溫變化有關(guān)，每當(dāng)氣溫上升之后，井水溫隨即跟隨明顯上升。

計(jì)算研究區(qū)內(nèi)全部井的年均水溫，反映區(qū)內(nèi)多年地下水溫動(dòng)態(tài)特征（圖3）。2001～2008年的8年內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)水溫變化不大，總幅度為1.12℃。從2001開始先是震蕩下降，2004年后緩慢上升。該區(qū)域地下水溫總體變化趨勢(shì)是緩慢下降。

2.2 水溫年動(dòng)態(tài)

以井水溫度月均值為基礎(chǔ)，觀測(cè)德陽(yáng)城區(qū)井水溫度年動(dòng)態(tài)可分為平穩(wěn)、上升、下降、起伏型等4類。

平穩(wěn)型，以201井2004年為例（圖 4），井水溫年內(nèi)最高18.53℃，最低17.87℃，變幅0.67℃；水溫在2至7月基本穩(wěn)定，變化幅度0.14℃，7月后開始震蕩變化。112井2002年的變化趨勢(shì)也與此類似。

上升型，以107井2001年為例（圖 5）。該井1~5月水溫從17.80℃緩慢上升至18.48℃，5月至11月快速上升至21.23℃，12月小幅下降至20.17℃。302井2001年水溫動(dòng)態(tài)也與此類似，成因尚不清楚。

下降型，以208井2004年為例（圖 6）。該井水溫在1~6月波動(dòng)下降，在經(jīng)過(guò)6~8月的短暫上升后，隨后快速下降。認(rèn)為這類水溫動(dòng)態(tài)類型，跟地下水補(bǔ)給源的溫度和氣溫變化有關(guān)。

起伏型，以202井2002年為例（圖 7）。該井一年內(nèi)大體上經(jīng)歷降-升-降的過(guò)程，每年出現(xiàn)一峰一谷，這類動(dòng)態(tài)的成因，認(rèn)為同大氣溫度的年內(nèi)變化有關(guān)，同時(shí)地下水埋深一般較小。

3 水溫動(dòng)態(tài)的影響因素

3.1 氣溫對(duì)井水溫度動(dòng)態(tài)的影響

以2003～2005年302井水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為（圖8）分析地下水溫度與氣溫的關(guān)系?？梢钥闯?，氣溫對(duì)地下水溫度的影響首先表現(xiàn)在，井水溫度隨氣溫的升降而變化；其次，井水溫變化幅度小于氣溫變化幅度，2003～2005年氣溫變化幅度為21℃，而井水溫變化幅度僅為6.2℃；最后，水溫變化相對(duì)氣溫有一定滯后，大概1～2個(gè)月。

3.2 大氣降水對(duì)井水溫度的影響

大氣降水對(duì)地下水位動(dòng)態(tài)的影響在本區(qū)內(nèi)十分常見[13]。根據(jù)資料整理分析，研究區(qū)內(nèi)降水對(duì)井水溫的影響普遍存在，以213井為例（圖9），水溫隨降雨量的增加而上升，即大氣降水與井水溫為正相關(guān)；大氣降水對(duì)井水溫的影響程度不同。

3.3 地下水埋深對(duì)井水溫度的影響

采用2001～2008年水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量完整程度大于85%的13口監(jiān)測(cè)井，分析地下水埋深對(duì)井水溫的動(dòng)態(tài)影響（圖10）。結(jié)果顯示，水溫與地下水埋深變化呈負(fù)相關(guān)，埋深減小，水溫越高；地下水埋深越大，水溫受氣溫影響越小，水溫越高[12]。

3.4 其他因素對(duì)井水溫度動(dòng)態(tài)的影響

在德陽(yáng)城區(qū)內(nèi)，影響地下水溫度的因素還有地下水開采、觀測(cè)操作不當(dāng)?shù)?。?14井2002年檢測(cè)數(shù)據(jù)為例（圖11）。研究區(qū)內(nèi)2、3月為防治春旱和5、6月為泡田插秧，都會(huì)大量抽取地下水，這個(gè)2個(gè)時(shí)期內(nèi)地下水位呈現(xiàn)低值[13]。214井的地下水溫度在2002年2、4和5月低值，與該區(qū)開采地下水形成的地下水位低值基本一致。地下水的大量抽取導(dǎo)致地下水的補(bǔ)給量增大、循環(huán)速度加快，河水和降雨等冷水進(jìn)入含水層，從而引起地下水溫度下降。

4 影響因素相關(guān)性分析

相關(guān)系數(shù)表示個(gè)體或事件在兩個(gè)分布中具有相同的相對(duì)位置的程度，表示變量數(shù)值在團(tuán)體中的相對(duì)位置，是衡量?jī)蓚€(gè)隨機(jī)變量之間相關(guān)程度的指標(biāo)，其定義公式為：

公式1中，為相關(guān)系數(shù)；為成對(duì)分?jǐn)?shù)的數(shù)量；、表示、變量的平均數(shù)；σ、σ分別表示與變量的標(biāo)準(zhǔn)差；σ2表示、兩個(gè)變量數(shù)列的協(xié)方差[14]。

相關(guān)系數(shù)取值范圍為[-1，1]，XY>0表示正相關(guān)，XY<0表示負(fù)相關(guān)，|XY|表示變量之間相關(guān)程度的高低，特殊地，XY=1稱為完全正相關(guān)，XY=-1稱為完全負(fù)相關(guān)，XY=0稱為不相關(guān)。可參照表1解釋相關(guān)關(guān)系強(qiáng)弱。

采用相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)地下水溫度與氣溫、降雨量、埋深和地下水位等4個(gè)因素的相關(guān)性，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值的大小比較不同因素對(duì)水溫變化的影響程度，影響力較大的排名靠前，反之靠后，結(jié)果見表 2。統(tǒng)計(jì)不同因素在不同排名的次數(shù)，形成表3。

根據(jù)表1和表2，水溫與氣溫、降雨量和地下水位的相關(guān)系數(shù)均大于0，屬于正相關(guān)；水溫與埋深的相關(guān)系數(shù)小于0，為負(fù)相關(guān)。相關(guān)系數(shù)（|XY|）最大值在0.70～0.94，屬于中等至極高相關(guān)；最小值在0.02～0.25，表示可忽略到中等相關(guān)；平均值在0.40～0.47，可看成低至中等相關(guān)。

綜合表1、2和3可總結(jié)以下規(guī)律：①埋深和地下水位與水溫的相關(guān)程度相同，埋深與水溫成負(fù)相關(guān)，地下水位與水溫成正相關(guān)。②單井分析，地下水位或埋深對(duì)水溫的影響程度，排第一達(dá)到10次，占總數(shù)的43.5%；最低是降雨量，排第一為5次，僅占總數(shù)21.7%；氣溫排名第一、第二和第三的次數(shù)基本相同，分別為8次、8次和7次。③總體上，地下水溫度與氣溫、降雨量、埋深和地下水位的相關(guān)性處于低至中等水平。降雨量的影響程度較高，相關(guān)系數(shù)最高為0.95，平均為0.47；而埋深和地下水位相對(duì)較低，相關(guān)系數(shù)最低為0.02，平均為0.40。

表1 相關(guān)系數(shù)的解釋指南（王鋼，2003）

相關(guān)系數(shù)（|rXY|）解釋 0.00～0.30可忽略到低相關(guān) 0.20～0.50低相關(guān)到中等相關(guān) 0.40～0.70中等相關(guān) 0.60～0.90實(shí)質(zhì)性（較高）相關(guān) 0.80～1.00高相關(guān)到極高相關(guān)

表2 監(jiān)測(cè)井相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)一編號(hào)地下水平均埋深相關(guān)系數(shù)rXY氣溫T降雨量P埋深D地下水位L影響因素比較 1025.09 水溫（GT）0.29 0.28 -0.06 0.06 T>P>L=D 1034.45 水溫（GT）0.54 0.47 -0.18 0.18 T>P>L=D 10412.18 水溫（GT）0.44 0.32 -0.13 0.13 T>P>L=D 1066.18 水溫（GT）0.30 0.45 -0.23 0.23 P>T>L=D 10711.77 水溫（GT）0.30 0.41 -0.04 0.04 P>T>L=D 1099.60 水溫（GT）0.26 0.45 -0.02 0.02 P>T>L=D 1126.44 水溫（GT）0.13 0.35 -0.52 0.52 L =D>P>T 2012.96 水溫（GT）0.48 0.60 -0.70 0.70 L =D>P>T 2023.29 水溫（GT）0.52 0.48 -0.67 0.67 L =D>T>P 2035.41 水溫（GT）0.57 0.94 -0.53 0.53 P>T>L=D 2048.87 水溫（GT）0.38 0.50 -0.60 0.60 L =D>P>T 2054.58 水溫（GT）0.45 0.39 -0.52 0.52 L =D>T>P 2065.19 水溫（GT）0.25 0.25 -0.11 0.11 T>P>L=D 2088.09 水溫（GT）0.48 0.48 -0.59 0.59 L =D>T>P 20912.24 水溫（GT）0.32 0.51 -0.35 0.35 P>L=D >T 2108.28 水溫（GT）0.75 0.65 -0.57 0.57 T>P>L=D 2116.93 水溫（GT）0.17 0.35 -0.54 0.54 L =D>P>T 2127.05 水溫（GT）0.72 0.44 -0.38 0.38 T>P>L=D 2138.48 水溫（GT）0.68 0.64 -0.51 0.51 T>P>L=D 2143.32 水溫（GT）0.37 0.48 -0.57 0.57 L =D>P>T 2155.74 水溫（GT）0.15 0.32 -0.41 0.41 L =D>P>T 3017.21 水溫（GT）0.63 0.52 -0.64 0.64 L =D>T>P 3022.34 水溫（GT）0.49 0.45 -0.39 0.39 T>P>L=D 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)12.24 最大值0.75 0.94 -0.02 0.70 　 2.34 最小值0.13 0.25 -0.70 0.02 6.77 平均值0.42 0.47 -0.40 0.40

注：地下水溫度（GT）-Groundwater Temperature；氣溫（T）-air temperature；埋深（D）-Groundwater Depth；地下水位（L）-Groundwater Level；降雨量（P）- Precipitation

表3 各因素對(duì)水溫影響排序次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

注：統(tǒng)計(jì)表2中各影響因素間比較排序出現(xiàn)次數(shù)

采用表2數(shù)據(jù)，繪制地下水溫度與氣溫、降雨量、埋深、水位相關(guān)系數(shù)與平均埋深關(guān)系折線圖（圖12），從圖中可知：①平均埋深在2～8m和大于12m這兩個(gè)區(qū)段，氣溫、降雨量、埋深和地下水位與水溫的相關(guān)系數(shù)（|XY|）較高（0.23～0.72），屬于中等相關(guān)，即地下水溫受到這4個(gè)因素的中等影響；②平均埋深在10～12m間，氣溫、降雨量、埋深和地下水位與水溫的相關(guān)系數(shù)（|XY|）最小（0.02～0.30），屬于可忽略到低的相關(guān)性，即這個(gè)層位地下水溫相對(duì)穩(wěn)定，受影響較??；③總體趨勢(shì)上，隨著平均埋深的增大，氣溫、降雨量、埋深和地下水位與水溫的相關(guān)系數(shù)（|XY|）逐漸變小，即水溫隨埋深增大，受外界變化影響減小。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)德陽(yáng)城區(qū)2001～2008年23口地下水溫度監(jiān)測(cè)井資料的系統(tǒng)整理分析，可得出以下主要結(jié)論：

1）區(qū)內(nèi)地下水溫度多年趨勢(shì)動(dòng)態(tài)為起伏型；可分為平穩(wěn)、上升、下降、起伏型等4類。影響地下水溫度動(dòng)態(tài)類型的有氣溫、大氣降水、地下水埋深等，此外，地下水開采、觀測(cè)操作不當(dāng)也對(duì)動(dòng)態(tài)類型產(chǎn)生重要影響。

2）水溫與氣溫、降雨量和地下水位的屬于正相關(guān)；水溫與埋深為負(fù)相關(guān)。降水量對(duì)地下水溫度的影響程度較高，埋深或地下水位則相對(duì)較低。

3）平均埋深在2～8m和大于12m兩個(gè)區(qū)段，地下水溫受影響程度為中等；平均埋深在10～12m間，地下水溫度相對(duì)穩(wěn)定，受影響較??；總體上，水溫隨平均埋深的增大，受外界變形影響減小。

4）長(zhǎng)時(shí)間的地下水溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)積累和同時(shí)期影響因素的觀測(cè)數(shù)據(jù)，有助于全面認(rèn)識(shí)水溫動(dòng)態(tài)特征及影響因素相關(guān)性。

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Groundwater Temperature Change and Its Influence Factors in Deyang City Proper

JIANG Li-li1WU Yong2SUN Xian-feng3YIN Heng4WANG Chun-hong5GAO Dong-dong2

（1-Jinhai Mineral Resources Co. Ld.，Tibet, Chengdu 610081; 2- State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3- Sichuan Geological Environmental Monitoring Station, Chengdu 610081; 4-Sichuan Research Institute of Safety Science and Technology, Chengdu 610000; 5- No. 282 Geological Party, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Deyang, Sichuan 618000）

On the basis of systematical monitoring data on groundwater temperature change during 2001-2008, groundwater temperature change in Deyang City proper is under the influence of atmospheric temperature, meteoric water and ground water level as well as groundwater exploitation.

Groundwater; temperature change; influence factor; correlation; Deyang

P642.69

A

1006-0995（2015）01-0099-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.022

2013-9-10

地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室自主研究課題（SKLGP2009Z006）；四川省科技支撐計(jì)劃研究項(xiàng)目（2011SZ0172）

姜麗麗（1987-），女，遼寧省沈陽(yáng)市人，碩士，主要從事工程地質(zhì)方面研究