地下水自動監測站網與人工監測站網對比研究

吳 旭 ，王樹謙 ，吳潤澤

（1.河北工程大學 水利水電學院，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.山東農業大學 水利土木工程學院，山東 泰安 271000）

水文水資源

地下水自動監測站網與人工監測站網對比研究

吳 旭1，2，王樹謙1，吳潤澤3

（1.河北工程大學 水利水電學院，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.山東農業大學 水利土木工程學院，山東 泰安 271000）

邯鄲市2016年設立地下水自動監測站268處。為實現自動監測站逐步取代人工監測站、自動監測站和人工監測站數據的有效銜接，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深、淺層地下水的人工監測站數據與自動監測站數據進行折算系數計算、分析，為地下水自動監測站和基本監測站的資料銜接，提供科學可靠的折算系數。結果表明，淺層地下水采用水位折算系數法，深層地下水采用埋深折算系數法是比較合理的。

平原區；地下水；差值；比值；折算系數；分析

1 研究背景

邯鄲市設有地下水人工基本監測站83處，已經積累了近40年的數據資料，2016年設立地下水自動監測站268處。為更好發揮河北省水資源監控能力建設項目地下水自動監測系統效益，實現自動監測站逐步取代人工監測站，自動監測站和人工監測站數據的有效銜接，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（以下簡稱“研究區”）深、淺層地下水的人工監測站數據與自動監測站數據進行折算系數計算，具有重要的現實意義。

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

2 監測站網介紹

2.1 人工基本監測井

邯鄲市地下水人工基本監測井共83眼，于1979年開始觀測，其中淺井70眼，全部位于研究區，深井13眼，除2眼分別位于山區的峰峰礦區和武安市以外，其余位于研究區內的雞澤、曲周、邱縣、肥鄉、館陶、魏縣、大名和成安等8個縣。按照監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日監測1次，監測時間為每月1，6，11，16，21，26日的8時，逐日井即為每日監測1次，監測時間為每日的8時［5］。

2.2 自動監測井

邯鄲市地下水自動監測井于2016年設立，共268眼，2016年12月底首批技術評定合格136眼，全部位于研究區（除磁縣和邯鄲市區以外），其中淺井79眼，深井57眼。自動監測井使用一體化壓力式水位計，采用“六采一發”的方式，定時采集，每天8，12，16，20，24，4時采集數據，8時通過傳輸設備定時發報1次。

3 折算系數分析

3.1 計算方法

本次計算時間選用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時的8組監測數據進行計算分析，以縣為單位進行計算，縣以下采用算術平均值計算縣地下水平均埋深、平均水位，然后以縣面積加權計算設區市地下水平均埋深、平均水位。

按差值和比值兩種方法分別進行計算：

折算差值=自動監測站監測數據－人工基本監測站監測數據

折算比值=自動監測站監測數據÷人工基本監測站監測數據

3.2 計算范圍

本次分析計算的范圍為邯鄲市東部平原區，考慮到平原區各縣所擁有的人工基本監測井和自動監測站監測井數量情況及對應關系，此次淺層地下水的計算范圍是平原區的永年縣、雞澤縣、曲周縣、邱縣、邯鄲縣、肥鄉縣、臨漳縣、館陶縣、魏縣、大名縣、成安縣和廣平縣等12個縣；深層地下水的計算范圍是平原區的雞澤縣、曲周縣、邱縣、肥鄉縣、館陶縣、魏縣、大名縣和成安縣等8個縣。

3.3 計算成果

3.3.1 水位差值系數

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間為-2.95～-2.24，|max-min|=0.71，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為-11.16～6.51，7個負值，5個正值，說明區域上各個縣之間差異較大，且人工監測井的水位大部分比自動監測井的水位高，計算成果如表1。

表1 淺層地下水水位差值計算成果

續表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間為2.18～3.21，|maxmin|=1.03，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為-12.13～38.92，6個負值，2個正值，說明區域上各個縣之間差異較大，且人工監測井的水位普遍比自動監測井的水位高，計算成果如表2。

表2 深層地下水水位差值計算成果

3.3.2 水位比值系數

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為0.96，8組的平均比值變化區間為0.94～0.98，|maxmin|=0.04，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為0.50～2.64，大部分趨近于1，表明折算比值呈現較強的規律性，即人工監測井的數據和自動監測井的數據相比差異較小，計算成果如表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為0.34，8組的平均比值變化區間為0.29～0.37，|max-min|=0.08，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為-0.51～1.80，比較分散，表明人工監測的數據和自動監測的數據相比差異較大，且區域上各個縣之間差異較大，計算成果如表4。

3.3.3 埋深差值系數

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間為0.56～1.18，|max-min|=0.62，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為-12.96～9.08，7個正值，5個負值，說明區域上各個縣之間差異較大，且人工監測井的地下水埋深大部分比自動監測井的埋深小，計算成果如表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間為-3.10～-2.08，|max-min|=1.02，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為-35.34～12.01，6個正值，2個負值，說明區域上各個縣之間差異較大，且人工監測井的地下水埋深普遍比自動監測井的埋深小，計算成果如表6。

表3 淺層地下水水位比值計算成果

表4 深層地下水水位比值計算成果

表5 淺層地下水埋深差值計算成果

3.3.4 埋深比值系數

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為1.11，8組的平均比值變化區間為1.07～1.13，|max-min|=0.06，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為0.48～2.12，大部分趨近于1，表明埋深比值呈現較強的規律性，即人工監測井的埋深數據和自動監測井的埋深數據相比差異較小，計算成果如表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為0.98，8組的平均比值變化區間為0.97～0.99，|max-min|=0.02，計算成果穩定。每個縣8次計算結果之間差異較小，表明參與計算的數據穩定性較好。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間為0.41～1.29，大部分趨近于1，表明埋深比值呈現較強的規律性，即人工監測井的埋深數據和自動監測井的埋深數據相比差異較小，計算成果如表8。

3.4 成果合理性分析

通過對邯鄲市東部平原區自動監測井技術評定合格的13個縣內的人工監測井和自動監測井8d的監測數據按照水位差值、水位比值系數、埋深差值、埋深比值系數4種方法進行計算，經過單縣的差異性分析、數據的一致性分析和高程變化、站網密度、站網布局等實際情況的影響分析，淺層水位比值系數和深層埋深比值系數的波動幅度較小，成果較為穩定。因此，淺層地下水采用水位比值系數法，深層地下水采用埋深比值系數法是比較合理的。

表6 深層地下水埋深差值計算成果

表7 淺層地下水埋深比值計算成果

表8 深層地下水埋深比值計算成果

4 結語

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

（2）目前邯鄲還有130余眼自動監測站沒有進行技術評定，自動監測站網的密度優勢沒有顯現出來，從上述分析可知，基本站和自動站的站網數量、區域分布對折算系數的計算結果有重要影響，建議待全部自動監測站均完成技術評定后，再重新計算確定折算系數。

（3）同時由于采用計算時間長度只有8次數據，隨著自動與人工兩個監測站網同步監測數據逐步積累后，適時對分析成果進行修訂與完善；盡量避開灌溉時節，確保折算成果將更加穩定、可靠。

（4）建立統一的地下水監測站網，及時掌握和預報地下水的動態變化［6］。并在今后站網規劃時，為實現二者數據的有效銜接，充分考慮二者站網分布情況，以確保監測數據的科學性和代表性。

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

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

［3］胡新鎖，喬光建，邢威洲．邯鄲生態水網建設與水環境修復［M］．北京：中國水利水電出版社，2013．

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

［5］SL183—2005，地下水監測規范［S］．

［6］吳旭，趙偉，李杰．邯鄲市平原區淺層地下水超采區劃分及治理對策［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年科技計劃項目現代農業攻關計劃（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。

（責任編輯：尹健婷）