鄒鳳釵　鄒銀先

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(fā)育，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給源。自2000年以來，貴州旱澇災(zāi)害頻繁,受災(zāi)面積大,特別是2010年百年一遇大旱，災(zāi)情嚴(yán)重。本文根據(jù)近50年來的監(jiān)測(cè)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(fā)利用地下水資源提供依據(jù)。

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?guī)r和白云巖為主，不同類型的碳酸鹽巖由于其巖石化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的不同，巖溶發(fā)育差異較大：(1)在地表和地下形成了與巖性相適應(yīng)的巖溶個(gè)體形態(tài)和組合形態(tài)；(2)形成地表與地下相互聯(lián)系的巖溶空間，并在地形、地質(zhì)構(gòu)造、水動(dòng)力的影響下，控制不同類型碳酸鹽巖中地下水的賦存和運(yùn)移條件。

貴州巖溶地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(fā)生了較大的變化，突出表現(xiàn)為大氣降水量減少，干旱氣候連續(xù)發(fā)生[2]。根據(jù)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(xiàn)明顯的8個(gè)氣候段：20世紀(jì)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(jìn)入20世紀(jì)，從2000年開始至2012年為少雨期，2012年至2013年降水量持續(xù)下降。

圖1　貴州省1954-2013年年降水量歷時(shí)曲線圖

(2)歷年的降水歷時(shí)曲線還反映出，20世紀(jì)50-80年代，雖然降水量呈現(xiàn)出緩慢的遞減趨勢(shì)，但是，總體仍然處于相對(duì) “穩(wěn)定狀態(tài)”；90年代進(jìn)入一個(gè)持續(xù)10年的多雨期，并分別在1991年、1993年、1996年和1998年頻發(fā)洪澇災(zāi)害；2000年以后，年降水量以一個(gè)較大的速率持續(xù)減少，并分別在2005年、2009-2012年持續(xù)出現(xiàn)少雨干旱年份，2011年達(dá)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(xiàn)為：一是氣象周期的縮短，即干旱年份的重現(xiàn)期變短、干旱頻率加大；二是年大氣降水量出現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)。

3　地下水資源變化特征

3.1年際變化特征

通過對(duì)2000-2011年12年間貴州省碳酸鹽巖地區(qū)的地下水資源量[3-4]及降水量進(jìn)行對(duì)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(guī)律具有一致性，當(dāng)降水量減少或增加時(shí)，地下水資源量隨之變化的相關(guān)性，揭示了地下水資源量與降水量的相關(guān)關(guān)系。

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

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

圖2　年降水量與地下水資源量關(guān)系圖

3.2年內(nèi)變化特征

選取了代表典型溶洞裂隙水的安順市西秀區(qū)小坡屯長觀點(diǎn)資料[5]對(duì)地下水進(jìn)行動(dòng)態(tài)特征分析(圖3)，可看出：

(1)監(jiān)測(cè)區(qū)總體上地下水水位的最低點(diǎn)都顯示在3月中旬至5月中旬時(shí)間段內(nèi)，地下水水位變幅大多數(shù)在2.0m以內(nèi)；

(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(dá)到最高峰后，然后持續(xù)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(dòng)態(tài)變化曲線圖

3.3變化趨勢(shì)

選取貴州碳酸鹽巖地區(qū)3個(gè)不同時(shí)期保證率為50%的地下水資源量進(jìn)行趨勢(shì)分析，即把2011年的計(jì)算結(jié)果與30年前全省1:20萬普查計(jì)算結(jié)果和10年前全省1:25萬勘查計(jì)算成果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，地下水補(bǔ)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(bǔ)給量呈減少趨勢(shì)(圖4)。

圖4　貴州省地下水補(bǔ)給量變化曲線圖

同時(shí)對(duì)比20世紀(jì)70年代至80年代初的1:20萬水文地質(zhì)調(diào)查資料，2012年開展的枯季測(cè)流結(jié)果反映，收集對(duì)比4850個(gè)泉點(diǎn)及地下河，其中減少的點(diǎn)數(shù)為3911個(gè)，占總數(shù)的80.64%；干涸及斷流的點(diǎn)有519個(gè)，占總數(shù)的10.70%[3]。受近代持續(xù)的氣候干旱的影響，省內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)減少的趨勢(shì)[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(zhì)構(gòu)造及地形地貌有關(guān)[6]。

4　降水量與地下水資源回歸分析

根據(jù)2000-2011年貴州省降水量和碳酸鹽巖地區(qū)地下水資源量資料進(jìn)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(diǎn)分布趨勢(shì)圖，如圖5所示。從整體上看，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)有一定的分布趨勢(shì)，大致呈現(xiàn)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(guān)關(guān)系。

圖 5　X-Y散點(diǎn)分布趨勢(shì)圖

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

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

求解，即可求得待定回歸系數(shù)a、b：

將年降水量和年地下水資源量代入計(jì)算，可求得a=112.249，b=0.073，則經(jīng)驗(yàn)回歸直線方程為y=112.249+0.073x。

通過F檢驗(yàn)法檢驗(yàn)認(rèn)為年降水量對(duì)年地下水資源量Y有顯著的影響；T檢驗(yàn)法和r檢驗(yàn)法檢驗(yàn)說明年降水量對(duì)年地下水資源量有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。

5　結(jié)論

(1)貴州巖溶地下水賦存受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等影響，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水，補(bǔ)給方式主要有直接補(bǔ)給和通過包氣帶補(bǔ)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(jù)相關(guān)性分析，其年降水量與地下水資源變化基本一致，相關(guān)性系數(shù)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(shì)。

[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(bào)告[R].貴陽：貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2015.

[2]王明章，王偉，張林，等.貴州省巖溶區(qū)地下水與地質(zhì)環(huán)境[M].北京：地質(zhì)出版社.

[3]鄒銀先.貴州省巖溶泉及地下河枯季測(cè)流總結(jié)報(bào)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(nóng)業(yè)科學(xué)，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(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)成果報(bào)告[R].貴陽：貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2011.

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

[7]韓至均,金占省，李興中，等.貴州省水文地質(zhì)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(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)及農(nóng)業(yè)地質(zhì)。E-mail: 694554086@qq.com

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