長春市地下水位變化特征分析

付焱焱　付雷

摘要 ? ?本文利用長春市2007—2018年逐旬地下水位、降水及蒸發資料，研究了各月地下水位變化特征、強降水過程后地下水位跳變現象以及封凍期、化凍期地下水位與降水和蒸發的關系，提出2段時期地下水位預測二元回歸方程并驗證其準確性。結果表明，長春站土壤封凍期、化凍期分別為每年11月中旬至次年4月中旬、每年4月下旬至11月上旬，2007—2018年年均封凍期、年均化凍期分別為165、200 d，強降水過程對后一旬水位的變化影響最顯著，強降水過程后水位出現增長1 m以上的“跳變”現象。建立回歸方程H封=-0.453p化-0.295z化+850.437，H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，均通過95%的信度檢驗，擬合優度分別為0.79、0.68。

關鍵詞 ? ?地下水位;降水;蒸發;封凍期;化凍期;吉林長春;2007—2018年

中圖分類號 ? ?P468.0+24 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）19-0203-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Analysis ?on ?Change ?Characteristics ?of ?Groundwater ?Level ?in ?Changchun ?City

FU Yan-yan 1 ? ?FU Lei 2

（1 Meteorological Service Center in Jilin Province，Changchun Jilin 130062; 2 Changchun Municipal Meteorological Bureau）

Abstract ? ?Based on ten days groundwater level，precipitation and evaporation datas of Changchun City from 2007 to 2018，the variation of groundwater level in each month，the jump phenomenon of groundwater level after heavy precipitation and the relationship between groundwater level and precipitation，evaporation during the freezing period and thawing period were studied，and the two-stage groundwater level prediction binary regression equation was proposed and its accuracy was verified. ?The results showed that the freezing and thawing periods of Changchun Station were from mid-November to mid-April，and from late April to early November，respectively.The average annual freezing period and annual average thawing period in 2007-2018 were 165 d，200 d，respectively，the strong precipitation process had the most significant effect on the change of water level in the last ten days. After the strong precipitation process，the water level showed a "jump" phenomenon with a growth of more than 1 m.The regression equations were established，H封=-0.453p化-0.295z化+850.437，H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，through a 95% confidence test，and the goodness of fit were 0.79 and 0.68，respectively.

Key words ? ?groundwater level;precipitation;evaporation;freezing period;thawing period;Changchun Jilin;2007-2018

地下水是維系完整生態系統和良好生存環境的重要因素之一，對農業生產、社會生產生活影響深遠[1-3]。有許多研究者對地下水變化特征進行了分析，馬艷敏等[4]研究吉林省中西部地下水變化特征和降水關系發現，中部地區降水量對地下水位的影響較西部地區更為明顯，豐水年與枯水年汛期降水對春季地下水開采量的緩解作用略有不同;張 ?玲等[5]研究章丘市降水與泉水地下水位變化關系時發現，大于30 mm的日降水與地下水位變化相關系數最大，對泉水水位回升作用顯著。地下水位觀測是長春市從2007年開始實施的生態觀測項目，觀測井位于長春國家基準氣候站生態觀測場內，場地平整，為自然狀態，防滲措施良好，消除了人為取水和直接降水對水位的影響。研究長春市地下水位變化特征及其影響因子，對合理開發、保護水資源十分重要，可為評估地下水系統的服務價值提供參考。

1 ? ?資料與方法

1.1 ? ?數據來源

地下水位、降水、蒸發等數據來源于長春國家基準氣候站2007—2018年逐旬地下水位觀測和逐日地面觀測資料。

1.2 ? ?研究方法

1.2.1 ? ?測量方法。將下端墜有鐵質重物的測繩緩慢放入井中，直至能夠判斷繩頭已進入水中時，記錄井沿測繩刻度，提起測繩，仔細檢查測繩下端水跡位置刻度，兩者差值為地下水位深度。至少測定2次，測定值相差小于2 cm時，二者均值即為地下水位觀測值。

1.2.2 ? ?分析方法。相關分析、二元回歸分析[6]。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?土壤封凍期地下水位變化特征

長春站土壤封凍期為每年11月中旬至次年4月中旬，2007—2018年年均封凍期為165 d。封凍期淺層地下水位緩慢下降，地下水位年均下降0.47 m，3月地下水位最低，年均4.22 m。

封凍期水位下降分2個階段：第1階段為封凍至次年3月，降水對水位變化并無顯著影響;第2階段為3月至4月中旬，土壤上表層化凍后部分融雪下滲，對水位變化有較小影響;如遇升溫、大風天氣時蒸發量迅速升高，地下水位下降。

2.2 ? ?土壤化凍期地下水位變化特征

土壤化凍期為每年4月下旬至11月上旬，2007—2018年年均化凍期200 d。化凍后至8月，由于降水增多、蒸發減少，水位緩慢上升。8月水位最高，年均2.67 m，5—8月水位年均上升1.09 m，7月水位與降水量相關性最高，相關系數為-0.55。9月至11月上旬，降水減少，水位迅速下降。各月地下水位和降水量的變化特征見圖1。

2.3 ? ?強降水過程后地下水位跳變特征

強降水過程對后一旬水位的變化影響最為顯著，強降水過程后水位出現增長1 m以上的跳變現象，見圖2。跳變現象在12年內共出現8次，跳變后水位平均上升1.47 m，跳變期降水與后一旬水位相關系數為-0.49。

2.4 ? ?土壤封凍期、化凍期地下水位預測

降水和蒸發對水位的影響存在滯后性，可應用于預測后期水位。化凍期降水、蒸發與其后封凍期平均水位成顯著相關，相關系數分別為-0.87和0.62。建立回歸方程H封= -0.453p化-0.295z化+850.437（式中H、p、z分別為水位高度、降水量、蒸發量，下同），通過95%的信度檢驗，擬合優度為0.79，擬合結果見圖3（a）。土壤化凍后，前期封凍期降水、蒸發對地下水補給，與化凍至7月平均水位相關關系最好，相關系數分別為-0.80和0.48。建立回歸方程H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，通過95%的信度檢驗，擬合優度為0.68，擬合結果見圖3（b）。

3 ? ?結論與討論

（1）長春市地下水位在約165 d的封凍期內分為11月中旬至3月中旬無顯著變化、3月下旬至4月中旬表層土壤化凍后迅速下降2個階段;約200 d的化凍期內分為4月下旬至8月上升和9—11月迅速下降2個階段，強降水過程后一旬水位會出現跳變現象;封凍期、化凍期至7月地下水位與前期降水和蒸發相關性良好。

（2）基于蒸發和降水對地下水位影響的滯后性，提出2段時期地下水位預測二元回歸方程分別為：H封=-0.453p化-0.295z化+850.437和H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，二者均通過95%的信度檢驗，擬合優度分別為0.79、0.68，可應用于水位預測。

（3）本文研究所采用的數據只有12年，只研究了單一站點數據，需要在后續研究中驗證這一方法的準確性。人類活動對地下水位的影響也不容忽視，希望通過此研究為相關部門合理開發、保護地下水資源提供參考。

4 ? ?參考文獻

[1] 卞海濱.河北省地下水超采區治理措施探討[J].現代農業科技，2019（10）：173-174.

[2] 劉石.地下水質量評價方法探討[D].北京：中國地質大學，2006.

[3] 王艷梅，齊善忠，曹少嬌.濟南市地下水資源及其環境質量評價[J].地下水，2015，37（2）：162-164.

[4] 馬艷敏，李建平，王穎，等.吉林省中西部淺層地下水位時空變化特征及與降水的關系[J].干旱氣象，2015，33（6）：994-999.

[5] 張玲，賈再強，歐陽秋明.章丘泉水地下水位與降水關系分析[J].安徽農業科學，2008，36（27）：11931-11932.

[6] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].2版.北京：氣象出版社，2007.