廊坊市地下水人工觀測與自動監測方法對比分析

劉文靜

(河北省廊坊水文水資源勘測局，河北 廊坊 065000)

1 概述

近幾年電子科技迅猛發展，涌現出一大批自動監測系統。不同領域出現人工監測和自動監測的對比分析[1-3]，但是關于地下水人工井和自動井的對比分析幾乎沒有。自1976年起，河北省開始人工實測監測地下水。隨著經濟社會的發展，人類需水要求不斷加大，地下水的開采強度不斷加大。為了控制過度開發、保護地下水，河北省于2016年和2018年分別開始運行省控和國控地下水自動監測站點。本文對地下水人工監測數據和自動監測數據進行分析研究，為保障長系列地下水數據的連續性提供技術支撐。

2 研究區概況

廊坊市位于華北平原東北部，京、津兩大城市之間，北緯38°30′至40°05′，東經116°07′至117°15′。全市國土面積6 429 km2，市轄兩個縣級市、兩個縣級區和六個縣。目前廊坊市有66眼地下水人工監測井和256眼地下水自動監測井，其中廊坊市66眼國控井、190眼省控井。

3 綜合分析

3.1 站點分布情況對比分析

3.1.1 淺層站點分布情況

廊坊市淺層人工監測井共54眼，分布在十個縣(市、區)，其中三河市分布井數最多，共8眼淺井，大廠和大城分布井數最少，分別3眼淺井。廊坊市淺層自動監測站點共計135眼，其中國控井61眼，省控井74眼，較均勻的分布在廊坊市各個縣市區，其中井數最多的是固安縣，有20眼淺井，最少的是大廠縣，有6眼井，詳細分布情況見表1廊坊市淺層地下水監測站點一覽表和圖1廊坊市淺層地下水監測站點分布圖。從觀測井的分布來看，廊坊市淺層自動觀測井比人工觀測井多150%，且分布較均勻。

表1 廊坊市淺層地下水監測站點一覽表

圖1 廊坊市淺層地下水監測站點分布圖

3.1.2 深層站點分布情況

廊坊市深層地下水人工監測站點僅有12眼，深層地下水自動監測站點121眼(其中國控井5眼，省控井116眼)。自動監測站點均勻分布在廊坊市十個縣市區，相比較，人工井的站點分布較不合理，站網密度低，部分縣沒有布設監測站點。具體分布情況見表2廊坊市深層地下水監測站點一覽表和圖2廊坊市深層地下水監測站點分布圖。

表2 廊坊市深層地下水監測站點一覽表

圖2 廊坊市深層地下水監測站點分布圖

3.2 監測頻率情況對比

廊坊市地下水監測井人工監測和自動監測均能完成一年內地下水埋深變化曲線，符合監測要求。人工監測站每五日監測1次數據，自動監測每4小時監測一次，每日監測6次。因此，人工監測數據不如自動監測井監測頻次高。一旦井出現淤堵等問題，自動監測井可以通過過程線迅速的反應出來，人工監測井則做不到的。

3.3 超采區密度分布情況對比

根據《河北省人民政府關于公布平原區地下水超采區、禁采區和限采區范圍的通知》冀政函(2017)48號文件，廊坊市淺層超采區面積為2 434.9 km2，深層超采區面積為3 692.7 km2。通過ArcGIS繪圖軟件，繪制廊坊市深淺層地下水超采區分布圖(圖3)。通過圖可以明顯看出，自動井在超采區分布密集。《地下水監測工程技術規范》(GB/T51040-2014)中規定超采區基本監測站布設密度為15～30眼/103km2，結合圖3分析統計出廊坊市各縣市區超采區監測站密度分布表(表3)。通過表中，可以明顯看出，自動監測井淺層均達標，深層除霸州市外，也均達標；而人工監測井淺層三河市和固安縣不達標，深層安次區、永清縣、霸州市、文安縣不達標，且密度很低，最低的僅為2.1眼/103km2。

圖3 廊坊市深淺層地下水超采區分布圖

表3 廊坊市地下水超采區監測站密度統計表

3.4 數據相關關系分析

首先通過建立數理統計模型，發現地下水人工井和自動監測井的深淺層數據均不一致，線性擬合公式也不一致。出現這種情況的原因可能是不同地區地下水含水層不同，導致同一縣平均水位出現差距。

自動井監測井于2017年正式運行，2018年數據相對穩定與人工井數據出現重疊。由于人工深井較少，且部分井布設在超采區，不能很好的代表全縣水位，所以本次計算只考慮淺層地下水觀測井。地下水的數據變化顯示在年序列上[4]，因此，本次研究采用2018年各月淺層井的人工數據和自動數據進行對比。依據地下水監測工程技術規范(GB/T51040-2014)統計各監測井月底早8:00的水位值作為該月的平均值，全縣各監測站點的平均值作為該縣的月均值，全市各縣(市、區)月均值的面積加權平均值作為廊坊市的月平均值。權重系數見表4廊坊市各縣(市、區)權重值。

表4 廊坊市各縣(市、區)權重值

根據上述方法，計算出人工井和自動井的全市平均值和各縣(市、區)的均值。利用SPSS軟件[5]，進行顯著性相關關系分析(見表5)。通過對人工井各月監測數據和自動井各月監測數據兩兩對比分析，發現除大城縣外，其它各縣(市、區)人工數據和自動數據相關性顯著。但是各縣(市、區)人工數據和自動數據均存在差異，結合廊坊市水文地質結構分析，可能是由于地下水含水層深度不同導致的，相關關系式需要更進一步的研究，建議自動井不要全部參與計算而是選擇與人工井觀測位置較近的井逐一分析計算。

表5 廊坊市人工觀測井和自動觀測井數據相關關系分析表

4 結語

(1)從站點分布、監測頻率和超采區井密度分布這三個方面，對廊坊市地下水監測站點進行分析，分析結果表明自動監測井的情況均要好于人工監測井。

(2)通過建立數理統計模型，發現地下水人工井和自動監測井的深淺層數據均不能一致。分析原因可能是由于人工井和自動井站點井數和位置不同造成的。

(3)通過SPSS軟件對廊坊市淺層地下水進行相關關系分析，發現出大城外，其他各縣(市、區)均顯著相關。為今后擬合人工數據和自動監測數據提供技術支撐。大城縣需要另選年份重點分析。考慮不同地區的地下水含水層深度差異，建議數據研究上不必全選自動監測井參與計算，應當選與人工井相近的自動井進行分析計算。