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地下水(Ground water)，是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》中[1]，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。其中潜水指保水带中第一个具有自由表面的含水层中的水，潜水面上一般无稳定的隔水层，具有自由表面。潜水在重力作用下，有从水位高处流向水位地处的趋势。潜水可以通过地表接受大气降水、凝结水、地表水的直接补给，因而水位、流量和化学成分会随时间变化而变化。潜水的埋藏深度指潜水面至地表面的距离，即潜水位埋深一般也叫做地下水位埋深。地下水埋深变化是地下水资源量变化的最直接的表现，是地下水变化研究中最重要的控制性指标[2]。
湿地是一种独特的生态系统，它是陆地和水的相互作用中形成的一种自然复合体，分布在世界各地与森林和海洋并称为全球三大生态系[3, 4]。地下水是湿地的重要组成部分，影响到整个湿地生态系统的稳定性[5, 6]。湿地地下水位的变化通常会侧面体现人为活动的影响或气候的变化[7-9]，另一方面地下水埋深影响着土壤含水量、含盐量和植被的生长发育[10-12]。若尔盖湿地是世界上面积最大、保存最完好的高原泥炭沼泽湿地[13]，近些年来随着全球气候变化和社会经济的发展，若尔盖湿地面临湿地萎缩、草场退化和沙化等问题[14]。开展对湿地地下水位埋深的研究有利于为保护区制定相关保护政策提供重要的数据支撑，本文以若尔盖湿地花湖区域五个地下水位监测点2015-2016的数据来分析地下水位的季节性和年度变化。
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若尔盖湿地位于青藏高原东缘，四川省、青海省、甘肃省交界处，是中国面积最大、泥炭资源最为丰富的高原泥炭沼泽。在四川省境内若尔盖湿地的湿地面积为59.39 万hm2，其中沼泽湿地面积为56.84 万hm2，湖泊湿地面积0.21 万hm2。该区域年平均降水量：656.8 mm，变化范围为493.6 mm~836.7 mm，年蒸发量1233.2 mm。变化范围：1 200~1 352 mm；年均气温0.7 ℃，变化范围：0.1~9.2 ℃；≥0 ℃年均积温1803 ℃，≥10 ℃年均积温 311.8 ℃。该保护区湿地水源补给为综合补给，间歇性流出，积水状况为季节性积水。若尔盖湿地是黄河上游重要的水源补给地，对下游水量均衡起着重要的调节作用（中国湿地资源四川卷）[15]。本文研究点位于若尔盖湿地国家级自然保护区范围内，保护区位于若尔盖湿地的核心位置，在四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县境内，总面积16.6万hm2。保护区生物多样性丰富，有黑颈鹤等众多特有物种和濒危稀有物种[16, 17]。
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监测点位于四川省若尔盖湿地国家级自然保护区内的花湖东北侧陆地，从花湖岸边起，在季节性沼泽和草地区域，大致沿直线每隔1 km左右设置1个地下水位监测点，共设置5个（花湖-1号~5号），另在花湖大坝侧设置1个地下水位监测点（花湖-6号）（见图1）。所有监测井均位于花湖的集水区内，其中2号监测井位于公路旁的草地上，1号监测井位于极缓坡草地中，3~6号监测井位于季节性沼泽中。
图 1 地下水位监测点
Figure 1. Distribution map of monitoring points for groundwater depth
地下水位监测井以高密度聚乙烯管(PE管)为井道，PE管强度高，具有较强的抗腐蚀、防老化作用，可以提高监测井寿命，井口内径90 mm。监测井中段开孔，以60目尼龙滤网的包裹以防止泥沙渗入堵塞井道。测量井外周以黏土、沙土、黏土的顺序分段填充。监测井最大测量深度205 cm。为固定监测井，便于测量，井口以50×50×15 cm（长×宽×厚）的水泥基座固定。为减少监测井对草场的影响，也防止监测井被破坏，监测井完成后，将原址草皮回填。
潜水位埋深使用带感应器的地下水位测量仪测量，单位为厘米，精度记至厘米位。埋深值越小，地下水水位越高。2015年和2016年，每年3、6、9、12月份各测量一次潜水位埋深，2017年仅采集了3，6，9月份的数据，12月份数据缺失。
数据使用Excel整理统计，Pearson相关性分析使用R语言的cor.test函数分析[18]。
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由于2017年缺少12月的地下水位监测数据，故只分析2015年和2016年各监测点地下水潜水埋深年均值（见图2）。可以看出，花湖附近各监测之间的地下水埋深差异较大，地下水埋深最浅的监测点为花湖-3号，潜水位平均埋深14.9 cm，年际变化在2~34 cm；地下水埋深最深的监测点为花湖-5 号，潜水位平均埋深128.3 cm，年际变化在67-197 cm。年均潜水位埋深最大差异达到113.4 cm，这也说明在花湖东侧小范围内地下水潜水位的空间变化就已经很大，提示该区域地下水潜水位异质性高。
图 2 各监测点平均地下水潜水位埋深两年平均值（2015—2016）
Figure 2. Average groundwater depth at each monitoring point from 2015—2016
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对比分析2015、2016、2017（缺12月数据）年地下水潜水埋深随季节变化情况，可看出地下水潜水位埋深最浅的季节夏秋季（6月、9月），其中2016年和2017年是9月最浅，2015年是6月最浅。冬季（3月、12月）地下水潜水位埋深最浅（见图3）。
图 3 地下水监测点月均潜水位埋深变化
Figure 3. Changes of monthly average groundwater depth at each monitoring point
比较各个监测点的潜水埋深的2015年和2016年年度极差的平均值发现，花湖-3号监测点的潜水埋深年度极差最小，仅仅23.1 cm，而花湖-4号潜水埋深极差最大，达到100.5 cm。这说明各个监测点之间不仅潜水位差异大，潜水位的季节变化差异也很大（见图4）。
图 4 地下水位监测点潜水位年度极差平均值（2015—2016）
Figure 4. Average annual range of groundwater depth at each monitoring points (2015—2016)
相关分析表明潜水位年度极差与潜水位年均埋深有显著的相关性（Pearson相关性分析, r = 0.8577, t4 = 3.3358, P = 0.0289）。这说明年均潜水埋深越浅的区域潜水位季节性变化越小，而潜水埋深越深的区域潜水位季节性变化越大（见图5）。
图 5 潜水位埋深与潜水位年度极差相关性
Figure 5. Correlation between groundwater depth and annual range of groundwater depth
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湿地与地下水含水层，尤其是浅水层关系密切，当周围陆地潜水水位高于湿地水位时，地下水就会流入湿地，为湿地补水；当周围陆地潜水水位低于湿地水位时，地下水就会从湿地流向周围陆地[19, 20]。地下水作为水循环和水资源转化中的重要因素之一，对保障河流流量和湖泊水位以及维持生态系统起重要作用[21, 22]。3号监测井常年潜水层水位较高，水位变化不大，这是因为该监测井位于季节性沼泽中，且该监测井距离花湖较远，潜水层受花湖影响较小。4~6号监测井虽然也位于季节性沼泽中，但是距离花湖较近，其潜水层向花湖补水强烈，因此在夏季降雨多时潜水位很高，冬季潜水位却很低。花湖出水口修筑大坝后，冬季也能保持相对较高的水位，对周边潜水层的抽吸作用相对减少。如果没有修筑大坝，该区域的潜水位可能还会进一步降低。花湖出水口大坝的修筑可以起到一定的稳定周边湿地地下水位的作用。花湖1、2号监测井位于草地上，2年平均潜水位却比季节性沼泽中的4~6号井还高，这主要是因为两个监测井远离花湖，潜水层受花湖的抽吸作用较弱。
影响潜水层水位变化的因素很多，既有降雨、蒸发等气候因素，也受地下隔水面的地质条件影响，但是通过长期定点监测，可以指示该区域湿地的水文变化。从2015—2017年的监测结果看，虽然年度间存在一定变化，但是尚无明确的趋势，还需要继续开展监测工作。
另一方面，若尔盖湿地被誉为地球之肾，既是长江黄河上游最重要的水源涵养地之一同时也承担无比重要的生态系统服务功能[23, 24]。近几十年来由于人为原因和自然因素的综合影响，若尔盖湿地发生了一定程度的退化，沼泽质心发生了一定程度的偏移[25, 26]。由于地下水位变化通常作为反映湿地生态环境变化的一个重要指标，因此开展湿地地下水位的研究有助于相关管理部门政策制定，另一方面地下水作为湿地生态系统中的重要一环，对湿地地下水位的监测也有助于对整个湿地生态系统变化的研究。
Monitoring of Groundwater Depth around Huahu Lake in Zoige Alpine Wetland
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摘要: 地下水是湿地的重要组成部分，对湿地生态系统变化起着重要作用，影响到整个湿地生态系统的稳定性。为考察若尔盖高寒湿地花湖周边地下水潜水位埋深变化，本文通过对2015—2017年间在若尔盖湿地花湖区域布设的6个地下点位所获得的潜水位埋深数据进行分析。结果如下：1、6个监测点潜水位最浅的是花湖-3号，潜水位平均埋深14.9 cm，年际变化在2~34 cm；地下水埋深最深的监测点为花湖-5 号，潜水位平均埋深128.3 cm，年际变化在67~197 cm。年均潜水位埋深最大差异达到113.4 cm。2、从全年来看2月、12月潜水位埋深最高、6月和9月埋深最低；比较各个监测点的潜水埋深的2015年和2016年年度极差的平均值发现，花湖-3号监测点的潜水埋深年度极差最小，仅仅23.1 cm，而花湖-4号潜水埋深极差最大，达到100.5 cm。这说明各个监测点之间不仅潜水位差异大，潜水位的季节变化差异也很大。年均潜水埋深越浅的区域潜水位季节性变化越小，而潜水埋深越深的区域潜水位季节性变化越大。本研究通过对若尔盖湿地花湖区域的地下水潜水位埋深变化进行分析，以期为若尔盖湿地的保护与管理提供相关数据支撑。Abstract: Groundwater is an important part of wetland, which plays an important role in the changes of wetland ecosystem and affects the stability of the whole wetland ecosystem. In order to investigate the change of groundwater depth around Huahu lake in Zoige alpine wetland, we analyzed the data of groundwater depth obtained from 6 locations around Huahu lake in Zoige alpine wetland from 2015 to 2017. The results were as follows: (1) Huahu-3 was the shallowest among the 6 monitoring locations, with an average depth of 14.9 cm (inter-annual variation was 2−34 cm); Huahu-5 was the deepest with groundwater depth, with an average phreatic depth of 128.3 cm (inter-annual variation was 67−197 cm). The maximum difference in annual average groundwater depth was 113.4 cm. (2) On the whole year, the highest groundwater level occurred in February and December, while the lowest in June and September. When comparing average value of annual extreme difference of groundwater depth of each monitoring location in 2015 and 2016, it was found that the annual extreme difference of groundwater depth of Huahu-3 monitoring location was the smallest, only 23.1 cm, while that of Huahu-4 was the largest, reaching 100.5 cm. This suggested that the variation varied greatly not only in groundwater depth among the 6 monitoring locations, but also in the seasonal changes of groundwater depth. Seasonal variation of groundwater depth was smaller in areas with shallower annual groundwater depth, but greater in areas with deeper groundwater depth. In this study, the variations of groundwater depth around Huahu lake in Zoige alpine wetland was analyzed in order to provide relevant data support for the protection and management of Zoige wetland.
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Key words:
- Zoige;
- Wetland;
- Groundwater;
- Groundwater depth
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图 2 各监测点平均地下水潜水位埋深两年平均值（2015—2016）
Fig. 2 Average groundwater depth at each monitoring point from 2015—2016
图 3 地下水监测点月均潜水位埋深变化
Fig. 3 Changes of monthly average groundwater depth at each monitoring point
图 4 地下水位监测点潜水位年度极差平均值（2015—2016）
Fig. 4 Average annual range of groundwater depth at each monitoring points (2015—2016)
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