德陽城區(qū)地下水溫度動態(tài)特征及影響因素

姜麗麗，吳勇，孫先鋒，尹恒，王春紅，高東東

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德陽城區(qū)地下水溫度動態(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．西藏金海礦產資源有限公司，成都 610081；2．地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室（成都理工大學），成都 610059；3．四川地質環(huán)境監(jiān)測總站，成都 610081；4．四川省安全科學技術研究院，成都 610000；5．四川省核工業(yè)地質局二八二大隊，四川德陽 618000）

根據德陽2001～2008年23口地下水溫度監(jiān)測井資料分析，年動態(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、觀測操作不當也對動態(tài)類型產生重要影響，其中水溫與氣溫、降雨量和地下水位成正相關，與埋深為負相關。單井上，地下水位或埋深對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較低。

地下水溫度；動態(tài)特征；相關性；德陽

地下水溫度動態(tài)是地下水動態(tài)的重要組成部分之一，其研究對豐富水文地質學基本理論以及解決當前生產實際中的問題都具有積極意義[1~3]。當前的研究專注于水溫的動態(tài)類型、影響因素、同震效應、礦區(qū)水文地質、判斷地下水補給來源、地下水源熱泵等，采用的方法有類比、回歸、灰色關聯度、GM（1,1）模型、數值模擬等[4~10]。

通過對德陽城區(qū)2001～2008年的淺層松散孔隙水溫度動態(tài)資料系統(tǒng)整理，分析10年來地下水溫度變化規(guī)律，利用相關性分析研究地下水溫度的影響程度。

1 德陽市城區(qū)水溫動態(tài)觀測

德陽城區(qū)位于成都平原東北邊緣（圖1），主要河流為沱江水系綿遠河和石亭江。德陽屬亞熱帶濕潤季風氣候區(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30~150m/d，單井涌水量500~5 000m3/d。區(qū)內地下水接受地下徑流、降水和農渠水的入滲補給，總體呈北西-南東流向，在不同區(qū)段通過地下徑流、人工開采、河渠、蒸發(fā)和泉眼等排泄[11]。

研究區(qū)內建立了完整的地下水水位、水質、水溫動態(tài)監(jiān)測網，有30個長期觀測點。水溫動態(tài)監(jiān)測頻率在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個監(jiān)測點在2001年至2008年間水溫監(jiān)測數據較完整（圖1）。

2 德陽市城區(qū)水溫動態(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 多年趨勢動態(tài)

以2001年1月～2008年12月單井水溫月均值為分析，發(fā)現區(qū)內多年動態(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。這類動態(tài)的成因主要跟氣溫變化有關，每當氣溫上升之后，井水溫隨即跟隨明顯上升。

計算研究區(qū)內全部井的年均水溫，反映區(qū)內多年地下水溫動態(tài)特征（圖3）。2001～2008年的8年內，研究區(qū)內水溫變化不大，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是緩慢下降。

2.2 水溫年動態(tài)

以井水溫度月均值為基礎，觀測德陽城區(qū)井水溫度年動態(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月波動下降，在經過6~8月的短暫上升后，隨后快速下降。認為這類水溫動態(tài)類型，跟地下水補給源的溫度和氣溫變化有關。

起伏型，以202井2002年為例（圖 7）。該井一年內大體上經歷降-升-降的過程，每年出現一峰一谷，這類動態(tài)的成因，認為同大氣溫度的年內變化有關，同時地下水埋深一般較小。

3 水溫動態(tài)的影響因素

3.1 氣溫對井水溫度動態(tài)的影響

以2003～2005年302井水溫監(jiān)測數據為（圖8）分析地下水溫度與氣溫的關系?？梢钥闯觯瑲鉁貙Φ叵滤疁囟鹊挠绊懯紫缺憩F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，水溫變化相對氣溫有一定滯后，大概1～2個月。

3.2 大氣降水對井水溫度的影響

大氣降水對地下水位動態(tài)的影響在本區(qū)內十分常見[13]。根據資料整理分析，研究區(qū)內降水對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；大氣降水對井水溫的影響程度不同。

3.3 地下水埋深對井水溫度的影響

采用2001～2008年水溫監(jiān)測數據量完整程度大于85%的13口監(jiān)測井，分析地下水埋深對井水溫的動態(tài)影響（圖10）。結果顯示，水溫與地下水埋深變化呈負相關，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 其他因素對井水溫度動態(tài)的影響

在德陽城區(qū)內，影響地下水溫度的因素還有地下水開采、觀測操作不當等。以214井2002年檢測數據為例（圖11）。研究區(qū)內2、3月為防治春旱和5、6月為泡田插秧，都會大量抽取地下水，這個2個時期內地下水位呈現低值[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致地下水的補給量增大、循環(huán)速度加快，河水和降雨等冷水進入含水層，從而引起地下水溫度下降。

4 影響因素相關性分析

相關系數表示個體或事件在兩個分布中具有相同的相對位置的程度，表示變量數值在團體中的相對位置，是衡量兩個隨機變量之間相關程度的指標，其定義公式為：

公式1中，為相關系數；為成對分數的數量；、表示、變量的平均數；σ、σ分別表示與變量的標準差；σ2表示、兩個變量數列的協(xié)方差[14]。

相關系數取值范圍為[-1，1]，XY>0表示正相關，XY<0表示負相關，|XY|表示變量之間相關程度的高低，特殊地，XY=1稱為完全正相關，XY=-1稱為完全負相關，XY=0稱為不相關?？蓞⒄毡?解釋相關關系強弱。

采用相關系數檢驗地下水溫度與氣溫、降雨量、埋深和地下水位等4個因素的相關性，并根據相關系數絕對值的大小比較不同因素對水溫變化的影響程度，影響力較大的排名靠前，反之靠后，結果見表 2。統(tǒng)計不同因素在不同排名的次數，形成表3。

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

綜合表1、2和3可總結以下規(guī)律：①埋深和地下水位與水溫的相關程度相同，埋深與水溫成負相關，地下水位與水溫成正相關。②單井分析，地下水位或埋深對水溫的影響程度，排第一達到10次，占總數的43.5%；最低是降雨量，排第一為5次，僅占總數21.7%；氣溫排名第一、第二和第三的次數基本相同，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性處于低至中等水平。降雨量的影響程度較高，相關系數最高為0.95，平均為0.47；而埋深和地下水位相對較低，相關系數最低為0.02，平均為0.40。

表1 相關系數的解釋指南（王鋼，2003）

相關系數（|rXY|）解釋 0.00～0.30可忽略到低相關 0.20～0.50低相關到中等相關 0.40～0.70中等相關 0.60～0.90實質性（較高）相關 0.80～1.00高相關到極高相關

表2 監(jiān)測井相關系數統(tǒng)計表

統(tǒng)一編號地下水平均埋深相關系數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 數據統(tǒng)計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 各因素對水溫影響排序次數統(tǒng)計表

注：統(tǒng)計表2中各影響因素間比較排序出現次數

采用表2數據，繪制地下水溫度與氣溫、降雨量、埋深、水位相關系數與平均埋深關系折線圖（圖12），從圖中可知：①平均埋深在2～8m和大于12m這兩個區(qū)段，氣溫、降雨量、埋深和地下水位與水溫的相關系數（|XY|）較高（0.23～0.72），屬于中等相關，即地下水溫受到這4個因素的中等影響；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系數（|XY|）最小（0.02～0.30），屬于可忽略到低的相關性，即這個層位地下水溫相對穩(wěn)定，受影響較小；③總體趨勢上，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系數（|XY|）逐漸變小，即水溫隨埋深增大，受外界變化影響減小。

5 結論

通過對德陽城區(qū)2001～2008年23口地下水溫度監(jiān)測井資料的系統(tǒng)整理分析，可得出以下主要結論：

1）區(qū)內地下水溫度多年趨勢動態(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、觀測操作不當也對動態(tài)類型產生重要影響。

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

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

4）長時間的地下水溫度觀測數據積累和同時期影響因素的觀測數據，有助于全面認識水溫動態(tài)特征及影響因素相關性。

[1] 陳葆仁，洪再吉．地下水動態(tài)及其預測[M]．科學出版社，1988．

[2] 王大純，張人權，等．水文地質學基礎[M]．北京：地質出版社，1995．

[3] 沈照理，劉光亞，楊成田，等．水文地質學[M]．北京：科學出版社，1985．

[4] 車用太，劉喜蘭，姚寶樹，等．首都圈地區(qū)井水溫度的動態(tài)類型及其成因分析[J]．地震地質，2003（03）：403~420．

[5] 周志芳，王錦國．河流峽谷區(qū)地下水溫度異常特征分析[J]．水科學進展，2003（01）:62~66.

[6] 方燕娜，廖資生，等．吉林中部平原區(qū)地下水溫動態(tài)變化影響因素的關聯度分析[J]．吉林大學學報（地球科學版），2006（01）：66~72．

[7] 楊竹轉，鄧志輝，等．中國大陸井水位與水溫動態(tài)對汶川M_S 8.0地震的同震響應特征分析[J]. 地震地質, 2008（04）:895~905．

[8] 林學鈺，方燕娜，等．全球氣候變暖和人類活動對地下水溫度的影響[J]．北京師范大學學報（自然科學版）, 2009（Z1）:452~457．

[9] 連英立，張光輝，等．西北內陸張掖盆地地下水溫度變化特征及主要影響因素識別[J]．干旱區(qū)地理，2011（03）:391~399．

[10] 黃景銳，胡安焱，等．基于非等間距序列GM（1,1）模型的地下水溫度預測[J]．水文地質工程地質，2013（01）:48~52．

[11] 尹恒，吳勇，等．德陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水化學特征分析[J]．地下水，2012（1）:30~35．

[12] 姜麗麗．德陽市城區(qū)地下水動態(tài)特征研究[D]．成都理工大學，2012．

[13] 高東東，吳勇，等．德陽市城區(qū)地下水位動態(tài)特征及成因分析[J]．四川地質學報，2012（01）:74~79．

[14] 王鋼．定量分析與評價方法[M]．上海：華東師范大學出版社，2003．

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

地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點試驗室自主研究課題（SKLGP2009Z006）；四川省科技支撐計劃研究項目（2011SZ0172）

姜麗麗（1987-），女，遼寧省沈陽市人，碩士，主要從事工程地質方面研究