滄州淺層地下水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究

郭洪起

(河北省滄州水文水資源勘測(cè)局，河北 滄州 061000)

1 研究區(qū)概況

水是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源，地下水資源作為水資源的重要組成部分，不僅彌補(bǔ)了地表水資源時(shí)空分布不均勻引起的區(qū)域供水不足，同時(shí)也支撐了生態(tài)環(huán)境的和諧。淺層地下水一方面為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高提供了水源保證，做出了巨大貢獻(xiàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年全國(guó)總供水量5 621億 m3，其中淺層地下水源供水量1 104億 m3，占總供水量的19.6%。地下水是北方地區(qū)的重要供水水源，其中河北省地下水源供水量占總供水量的75%以上。目前，地下水已成為400多個(gè)建制市的供水水源，在我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)，地下水也是主要供水水源，地下水灌溉面積占全國(guó)耕地面積的40%。另一方面由于無(wú)序開(kāi)采，造成地下水嚴(yán)重超采，引發(fā)了地下水位持續(xù)下降及其一系列的水環(huán)境問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)地下水超采區(qū)共有164片，超采區(qū)總面積18.13萬(wàn) km2，其中河北省超采面積最大，達(dá)6 6973 km2，占該省平原區(qū)面積的 91.6%，而滄州地區(qū)又是超采區(qū)的重中之重。

研究區(qū)面積約3 000 km2，水文地質(zhì)屬子牙河古河道帶孔隙水有咸水次亞系統(tǒng)小區(qū)，地下水徑流方向與地形一致，呈西南——東北向，2010年淺層地下水平均埋深10.91 m。淺層地下水主要貯存于第四系含水層中，主要接受降水入滲和側(cè)向徑流補(bǔ)給，淺層地下水排泄以人工開(kāi)采和側(cè)向流出為主。

研究區(qū)內(nèi)，共有20處雨量站、9處淺層地下水監(jiān)測(cè)站。受農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)影響，淺層地下水年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化特征主要受降水及作物生長(zhǎng)需水和灌溉規(guī)律影響較大，從3月份小麥春灌開(kāi)始，淺層地下水埋深逐漸增大，至6月份達(dá)到最大;隨著汛期的到來(lái)，用水量減少，受降水入滲補(bǔ)給量增加，淺層地下水埋深逐漸減小，至3月份達(dá)到最小。研究區(qū)淺層地下水埋深年內(nèi)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

研究區(qū)1996－2003年平均埋深總體呈增大趨勢(shì)主要是受垣城南漏斗區(qū)的影響，導(dǎo)致該區(qū)淺層地下水開(kāi)采量與徑流量大于補(bǔ)給量，2003年后由于政府關(guān)停自備井及其他一些保護(hù)淺層地下水措施的實(shí)施，使得該區(qū)淺層地下水埋深呈現(xiàn)一個(gè)較為平穩(wěn)的趨勢(shì)。研究區(qū)內(nèi)淺層地下水埋深年際變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

圖1 研究區(qū)淺層地下水埋深年內(nèi)變化趨勢(shì)圖

圖2 研究區(qū)淺層地下水埋深年際變化趨勢(shì)圖

2 研究方案

降雨通過(guò)在土壤中的入滲到達(dá)淺層地下水面，由于滲流的速度比較緩慢，降雨對(duì)淺層地下水位影響的滯后時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在華北平原，淺層地下水埋深小于10 m時(shí)，雨后2～3天后淺層地下水位會(huì)有反應(yīng);淺層地下水埋深超過(guò)20 m時(shí)，半年內(nèi)的降雨對(duì)淺層地下水位的變化都有影響。

研究區(qū)域內(nèi)大部分雨量集中在6－9月，7－10月的淺層地下水位變化趨勢(shì)受降雨影響比較明顯，降雨量與淺層地下水位變化值的相關(guān)關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)較大;其它月份因降水稀少淺層地下水的補(bǔ)給量不大或開(kāi)采量較大，而導(dǎo)致降水與淺層地下水埋深變化的關(guān)系不好。

2.1 研究區(qū)11－6月份淺層地下水埋深變化的預(yù)測(cè)方案

每年的11－5月由于降水量稀少，淺層地下水位的月變幅與降水量幾乎沒(méi)有什么關(guān)系，而6月份雖有一定量的降水，但由于農(nóng)灌用水頻繁，故研究區(qū)內(nèi)11－6月這個(gè)時(shí)間段的淺層地下水變幅主要受開(kāi)采量的影響。由于淺層地下水的開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)精確度較差，因此采用各月歷年區(qū)域淺層地下水平均變化幅度預(yù)測(cè)，即:

各月歷年區(qū)域平均地下水位變幅見(jiàn)表1

表1 枯季各月多年平均地下水位月變幅

2.2 研究區(qū)7～10月份淺層地下水埋深變化的預(yù)測(cè)方案

建立區(qū)域面平均降雨量與區(qū)域面平均月地下水位變幅的相關(guān)圖，區(qū)域面平均月地下水位變幅采用當(dāng)月26日區(qū)域面平均埋深減去上月同日區(qū)域面平均埋深值。

在建立相關(guān)關(guān)系時(shí)，首先需要確定用什么時(shí)間段，然后對(duì)時(shí)間段內(nèi)區(qū)域面平均雨量與區(qū)域面平均月地下水位變幅建立關(guān)系，為此進(jìn)行區(qū)域面平均月降雨量與區(qū)域面平均月地下水埋深變幅的相關(guān)分析，即:

式中:R為相關(guān)關(guān)系精度;P為合計(jì)雨量(mm);ΔH為本月末－相關(guān)月末歷年區(qū)域平均埋深變幅(m)。

通過(guò)相關(guān)分析計(jì)算得出:6月、7月區(qū)域面平均雨量合計(jì)值與6－7月區(qū)域面平均地下水位變幅(7月底與6月底數(shù)據(jù)之差，以下同)，6－8月區(qū)域面平均雨量合計(jì)值與6－8月區(qū)域面平均地下水位變幅，7－9月區(qū)域面平均雨量合計(jì)值與6－9月區(qū)域面平均地下水位變幅，9月、10月區(qū)域面平均雨量合計(jì)值與9－10月區(qū)域面平均地下水位變幅，相關(guān)程度最好。因此采用上述關(guān)系建立相關(guān)圖，計(jì)算得出其相關(guān)精度。

3 結(jié)語(yǔ)

本次工作主要針對(duì)河北省子牙河古河道帶孔隙水有咸水次亞系統(tǒng)小區(qū)地下水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究，該區(qū)系平原淺層地下水超采區(qū)，以農(nóng)業(yè)開(kāi)采為主，大氣降水、側(cè)向補(bǔ)給為主要補(bǔ)給項(xiàng)，地下水開(kāi)采為主要排泄項(xiàng)，總體來(lái)看地下水位受降水、開(kāi)采量影響較大。

以相關(guān)分析法對(duì)研究區(qū)內(nèi)地下水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究，通過(guò)本次研究得出:

(1)11－6月份采用各月歷年區(qū)域地下水平均變化幅度預(yù)測(cè)，其中1月份平均誤差較大為0.60;4月份平均誤差最小為 0.04，詳見(jiàn)表 2。

表2 枯季各月平均誤差

(2)7－10月份采用降雨－地下水位相關(guān)分析法，其中6－7月合計(jì)降雨量與7月末－6月末地下水變幅相關(guān)關(guān)系精度為0.85(去掉2005年和2009年兩個(gè)異常值后所得)，6－8月合計(jì)降雨量與8月末－6月末地下水變幅相關(guān)關(guān)系精度為0.84，6－9月合計(jì)降雨量與9月末 －6月末地下水變幅相關(guān)關(guān)系精度為0.89，9－10月合計(jì)降雨量與10月末 －9月末地下水變幅相關(guān)關(guān)系精度最高為0.93。