地下水自動監(jiān)測站網(wǎng)與人工監(jiān)測站網(wǎng)對比研究

吳 旭 ，王樹謙 ，吳潤澤

（1.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北 邯鄲 056001；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271000）

水文水資源

地下水自動監(jiān)測站網(wǎng)與人工監(jiān)測站網(wǎng)對比研究

吳 旭1，2，王樹謙1，吳潤澤3

（1.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北 邯鄲 056001；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271000）

邯鄲市2016年設(shè)立地下水自動監(jiān)測站268處。為實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測站逐步取代人工監(jiān)測站、自動監(jiān)測站和人工監(jiān)測站數(shù)據(jù)的有效銜接，采用差值和比值兩種對比方法，以埋深和水位兩種形式對邯鄲市平原區(qū)深、淺層地下水的人工監(jiān)測站數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)進(jìn)行折算系數(shù)計(jì)算、分析，為地下水自動監(jiān)測站和基本監(jiān)測站的資料銜接，提供科學(xué)可靠的折算系數(shù)。結(jié)果表明，淺層地下水采用水位折算系數(shù)法，深層地下水采用埋深折算系數(shù)法是比較合理的。

平原區(qū)；地下水；差值；比值；折算系數(shù)；分析

1 研究背景

邯鄲市設(shè)有地下水人工基本監(jiān)測站83處，已經(jīng)積累了近40年的數(shù)據(jù)資料，2016年設(shè)立地下水自動監(jiān)測站268處。為更好發(fā)揮河北省水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)效益，實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測站逐步取代人工監(jiān)測站，自動監(jiān)測站和人工監(jiān)測站數(shù)據(jù)的有效銜接，采用差值和比值兩種對比分析方法，以埋深和水位兩種形式對邯鄲市東部平原區(qū)（以下簡稱“研究區(qū)”）深、淺層地下水的人工監(jiān)測站數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)進(jìn)行折算系數(shù)計(jì)算，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

研究區(qū)位于河北省最南部，太行山東麓，京廣鐵路西側(cè)100m等高線以東，面積7587km2［1］，屬華北斷拗帶的一部分，第四紀(jì)沉積物的厚度自西向東10～560m［2］。根據(jù)邯鄲區(qū)域的地層巖性、地下水賦存條件和含水介質(zhì)的空隙特征，研究區(qū)地下水類型為第四系松散巖類孔隙水含水巖組［3］。地下水的補(bǔ)給來源主要有：大氣降水入滲補(bǔ)給、河流渠系滲漏補(bǔ)給、灌溉入滲及山前側(cè)向徑流補(bǔ)給［4］。

2 監(jiān)測站網(wǎng)介紹

2.1 人工基本監(jiān)測井

邯鄲市地下水人工基本監(jiān)測井共83眼，于1979年開始觀測，其中淺井70眼，全部位于研究區(qū)，深井13眼，除2眼分別位于山區(qū)的峰峰礦區(qū)和武安市以外，其余位于研究區(qū)內(nèi)的雞澤、曲周、邱縣、肥鄉(xiāng)、館陶、魏縣、大名和成安等8個(gè)縣。按照監(jiān)測頻次分為五日井和逐日井，其中，五日井81眼，逐日井2眼。五日井即為每5日監(jiān)測1次，監(jiān)測時(shí)間為每月1，6，11，16，21，26日的8時(shí)，逐日井即為每日監(jiān)測1次，監(jiān)測時(shí)間為每日的8時(shí)［5］。

2.2 自動監(jiān)測井

邯鄲市地下水自動監(jiān)測井于2016年設(shè)立，共268眼，2016年12月底首批技術(shù)評定合格136眼，全部位于研究區(qū)（除磁縣和邯鄲市區(qū)以外），其中淺井79眼，深井57眼。自動監(jiān)測井使用一體化壓力式水位計(jì)，采用“六采一發(fā)”的方式，定時(shí)采集，每天8，12，16，20，24，4時(shí)采集數(shù)據(jù)，8時(shí)通過傳輸設(shè)備定時(shí)發(fā)報(bào)1次。

3 折算系數(shù)分析

3.1 計(jì)算方法

本次計(jì)算時(shí)間選用2017年1月21日、1月26日、2月6日、2月11日、2月16日、2月21日、2月26日、3月1日早8時(shí)的8組監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，以縣為單位進(jìn)行計(jì)算，縣以下采用算術(shù)平均值計(jì)算縣地下水平均埋深、平均水位，然后以縣面積加權(quán)計(jì)算設(shè)區(qū)市地下水平均埋深、平均水位。

按差值和比值兩種方法分別進(jìn)行計(jì)算：

折算差值=自動監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)－人工基本監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)

折算比值=自動監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)÷人工基本監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)

3.2 計(jì)算范圍

本次分析計(jì)算的范圍為邯鄲市東部平原區(qū)，考慮到平原區(qū)各縣所擁有的人工基本監(jiān)測井和自動監(jiān)測站監(jiān)測井?dāng)?shù)量情況及對應(yīng)關(guān)系，此次淺層地下水的計(jì)算范圍是平原區(qū)的永年縣、雞澤縣、曲周縣、邱縣、邯鄲縣、肥鄉(xiāng)縣、臨漳縣、館陶縣、魏縣、大名縣、成安縣和廣平縣等12個(gè)縣；深層地下水的計(jì)算范圍是平原區(qū)的雞澤縣、曲周縣、邱縣、肥鄉(xiāng)縣、館陶縣、魏縣、大名縣和成安縣等8個(gè)縣。

3.3 計(jì)算成果

3.3.1 水位差值系數(shù)

3.3.1.1 淺層地下水

邯鄲市淺層地下水水位的平均折算差值為-2.56，8組的平均差值變化區(qū)間為-2.95～-2.24，|max-min|=0.71，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是曲周縣，|max-min|=2.33。各縣的平均折算差值變化區(qū)間為-11.16～6.51，7個(gè)負(fù)值，5個(gè)正值，說明區(qū)域上各個(gè)縣之間差異較大，且人工監(jiān)測井的水位大部分比自動監(jiān)測井的水位高，計(jì)算成果如表1。

表1 淺層地下水水位差值計(jì)算成果

續(xù)表1

3.3.1.2 深層地下水

邯鄲市深層地下水水位的平均折算差值為2.77，8組的平均差值變化區(qū)間為2.18～3.21，|maxmin|=1.03，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是邱縣，|max-min|=9.38。各縣的平均折算差值變化區(qū)間為-12.13～38.92，6個(gè)負(fù)值，2個(gè)正值，說明區(qū)域上各個(gè)縣之間差異較大，且人工監(jiān)測井的水位普遍比自動監(jiān)測井的水位高，計(jì)算成果如表2。

表2 深層地下水水位差值計(jì)算成果

3.3.2 水位比值系數(shù)

3.3.2.1 淺層地下水

邯鄲市淺層地下水水位的平均折算比值系數(shù)為0.96，8組的平均比值變化區(qū)間為0.94～0.98，|maxmin|=0.04，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是雞澤縣，|max-min|=0.40。各縣的平均折算比值變化區(qū)間為0.50～2.64，大部分趨近于1，表明折算比值呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，即人工監(jiān)測井的數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測井的數(shù)據(jù)相比差異較小，計(jì)算成果如表3。

3.3.2.2 深層地下水

邯鄲市深層地下水水位的平均折算比值系數(shù)為0.34，8組的平均比值變化區(qū)間為0.29～0.37，|max-min|=0.08，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是邱縣，|max-min|=0.61。各縣的平均折算比值變化區(qū)間為-0.51～1.80，比較分散，表明人工監(jiān)測的數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)相比差異較大，且區(qū)域上各個(gè)縣之間差異較大，計(jì)算成果如表4。

3.3.3 埋深差值系數(shù)

3.3.3.1 淺層地下水

邯鄲市淺層地下水埋深的平均折算差值為0.84，8組的平均差值變化區(qū)間為0.56～1.18，|max-min|=0.62，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是曲周縣，|max-min|=2.32。各縣的平均折算差值變化區(qū)間為-12.96～9.08，7個(gè)正值，5個(gè)負(fù)值，說明區(qū)域上各個(gè)縣之間差異較大，且人工監(jiān)測井的地下水埋深大部分比自動監(jiān)測井的埋深小，計(jì)算成果如表5。

3.3.3.2 深層地下水

邯鄲市深層地下水埋深的平均折算差值為-2.69，8組的平均差值變化區(qū)間為-3.10～-2.08，|max-min|=1.02，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是邱縣，|max-min|=9.37。各縣的平均折算差值變化區(qū)間為-35.34～12.01，6個(gè)正值，2個(gè)負(fù)值，說明區(qū)域上各個(gè)縣之間差異較大，且人工監(jiān)測井的地下水埋深普遍比自動監(jiān)測井的埋深小，計(jì)算成果如表6。

表3 淺層地下水水位比值計(jì)算成果

表4 深層地下水水位比值計(jì)算成果

表5 淺層地下水埋深差值計(jì)算成果

3.3.4 埋深比值系數(shù)

3.3.4.1 淺層地下水

邯鄲市淺層地下水埋深的平均折算比值系數(shù)為1.11，8組的平均比值變化區(qū)間為1.07～1.13，|max-min|=0.06，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是曲周縣，|max-min|=0.44。各縣的平均折算比值變化區(qū)間為0.48～2.12，大部分趨近于1，表明埋深比值呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，即人工監(jiān)測井的埋深數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測井的埋深數(shù)據(jù)相比差異較小，計(jì)算成果如表7。

3.3.4.2 深層地下水

邯鄲市深層地下水埋深的平均折算比值系數(shù)為0.98，8組的平均比值變化區(qū)間為0.97～0.99，|max-min|=0.02，計(jì)算成果穩(wěn)定。每個(gè)縣8次計(jì)算結(jié)果之間差異較小，表明參與計(jì)算的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。其中差異較大的是邱縣，|max-min|=0.17。各縣的平均折算比值變化區(qū)間為0.41～1.29，大部分趨近于1，表明埋深比值呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，即人工監(jiān)測井的埋深數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測井的埋深數(shù)據(jù)相比差異較小，計(jì)算成果如表8。

3.4 成果合理性分析

通過對邯鄲市東部平原區(qū)自動監(jiān)測井技術(shù)評定合格的13個(gè)縣內(nèi)的人工監(jiān)測井和自動監(jiān)測井8d的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照水位差值、水位比值系數(shù)、埋深差值、埋深比值系數(shù)4種方法進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過單縣的差異性分析、數(shù)據(jù)的一致性分析和高程變化、站網(wǎng)密度、站網(wǎng)布局等實(shí)際情況的影響分析，淺層水位比值系數(shù)和深層埋深比值系數(shù)的波動幅度較小，成果較為穩(wěn)定。因此，淺層地下水采用水位比值系數(shù)法，深層地下水采用埋深比值系數(shù)法是比較合理的。

表6 深層地下水埋深差值計(jì)算成果

表7 淺層地下水埋深比值計(jì)算成果

表8 深層地下水埋深比值計(jì)算成果

4 結(jié)語

（1）經(jīng)過對平原區(qū)各縣的對比計(jì)算和合理性分析，此次折算，淺層地下水對比分析采用水位比值系數(shù)計(jì)算成果，深層地下水對比分析采用埋深比值折算系數(shù)計(jì)算成果。

（2）目前邯鄲還有130余眼自動監(jiān)測站沒有進(jìn)行技術(shù)評定，自動監(jiān)測站網(wǎng)的密度優(yōu)勢沒有顯現(xiàn)出來，從上述分析可知，基本站和自動站的站網(wǎng)數(shù)量、區(qū)域分布對折算系數(shù)的計(jì)算結(jié)果有重要影響，建議待全部自動監(jiān)測站均完成技術(shù)評定后，再重新計(jì)算確定折算系數(shù)。

（3）同時(shí)由于采用計(jì)算時(shí)間長度只有8次數(shù)據(jù)，隨著自動與人工兩個(gè)監(jiān)測站網(wǎng)同步監(jiān)測數(shù)據(jù)逐步積累后，適時(shí)對分析成果進(jìn)行修訂與完善；盡量避開灌溉時(shí)節(jié)，確保折算成果將更加穩(wěn)定、可靠。

（4）建立統(tǒng)一的地下水監(jiān)測站網(wǎng)，及時(shí)掌握和預(yù)報(bào)地下水的動態(tài)變化［6］。并在今后站網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，為實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)的有效銜接，充分考慮二者站網(wǎng)分布情況，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)性和代表性。

［1］邯鄲市水利局．河北省邯鄲市水資源評價(jià)［M］．北京：學(xué)苑出版社，2008．

［2］邯鄲市水利局．河北省邯鄲市水資源研究［M］．北京：學(xué)苑出版社，2008．

［3］胡新鎖，喬光建，邢威洲．邯鄲生態(tài)水網(wǎng)建設(shè)與水環(huán)境修復(fù)［M］．北京：中國水利水電出版社，2013．

［4］胡新鎖．邯鄲市平原水網(wǎng)建設(shè)對淺層地下水補(bǔ)充作用分析［J］．水科學(xué)與工程技術(shù)，2015（1），33-36．

［5］SL183—2005，地下水監(jiān)測規(guī)范［S］．

［6］吳旭，趙偉，李杰．邯鄲市平原區(qū)淺層地下水超采區(qū)劃分及治理對策［J］．地下水，2012，34（3），54-56．

Comparative study between groundwater automatic monitoring station network and artificial monitoring station network in Handan Plain

WU Xu1，2，WANG Shu-qian1，WU Run-ze3
（1.College of Water Conservancy and Hydropower，Hebei University of Engineering，Handan 056038，China；2.Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Handan，Hebei Province，Handan 056001，China；3.Water Conservancy and Civil Engineering Colleges，Shandong Agricultural University，Tai’an 271018，China）

There are 83 groundwater basic monitoring stations in Handan city，which has accumulated data for nearly 40 years，In 2016，268 groundwater automatic monitoring stations were set up.In order to achieve the replacement of automatic monitoring station to artificial monitoring station，and the effective connection between automatic monitoring station data and artificial monitoring station，this paper adopts the two comparison methods of the difference and ratio，By means of two forms of buried depth and water level，the conversion coefficients of artificial monitoring station data and automatic monitoring station data of deep and shallow groundwater in Handan plain area are calculated，to provide a scientific and reliable conversion coefficient for the data link of automatic monitoring stations and the artificial monitoring station.The results show that it is reasonable for shallow groundwater to adopt the method of water level conversion coefficient and deep shallow groundwater to adopt the method of buried depth conversion coefficient.

plain area；groundwater；difference；ratio；conversion coefficient；analysis

TV211

B

1672-9900（2017）05-0010-05

2017-06-26

河北省2015年科技計(jì)劃項(xiàng)目現(xiàn)代農(nóng)業(yè)攻關(guān)計(jì)劃（15227005D）

吳 旭（1982-），男（漢族），河北館陶人，博士研究生，高級工程師，主要從事水文水資源工作，（Tel）15932208616。

（責(zé)任編輯：尹健婷）