丁風(fēng)和，哈媛媛

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙 呼和浩特 010010;2.內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，內(nèi)蒙 呼和浩特 010010）

豐鎮(zhèn)井水位變化與降雨量的關(guān)系研究

丁風(fēng)和1，哈媛媛2

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙 呼和浩特 010010;2.內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院，內(nèi)蒙 呼和浩特 010010）

在結(jié)合豐鎮(zhèn)井區(qū)域水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，分析了井水位變化與降雨量的關(guān)系。研究結(jié)果表明：開(kāi)展水位 （年初值、年末值、年極大值、年極小值、年際變幅和極值變幅）與年降雨量的關(guān)系研究，對(duì)區(qū)域震情的跟蹤和判定具有十分重要意義。

豐鎮(zhèn)井；水位與降雨量；關(guān)系

0 引言

井孔的地下水位變化是在多種綜合因素影響下形成的。 就其影響原因來(lái)說(shuō)，主要有降水滲透、人工注水、地下水開(kāi)采等引起含水層的水量增減及地球固體潮、氣壓變化、降雨及地表荷載、斷層蠕動(dòng)等造成的含水層水壓力的變化。關(guān)于上述干擾因素問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者就進(jìn)行了深入的探討。降水入滲補(bǔ)給作為地下水的主要補(bǔ)給源，研究降水與水位的關(guān)系，主要是分析由于降水入滲引起的地下水位的變化。豐鎮(zhèn)井作為一口地震地下流體專(zhuān)用觀測(cè)井，主要受降雨量、季節(jié)性洪水以及側(cè)向徑流補(bǔ)給等影響。本文主要研究豐鎮(zhèn)井水位趨勢(shì)變化與降雨量的關(guān)系，目的在于搞清該井水位的干擾因素及其干擾規(guī)律和排除干擾的方法，為震情的跟蹤和判定提供有利的科學(xué)依據(jù)。

1 井點(diǎn)基本情況

豐鎮(zhèn)CK11井地處豐鎮(zhèn)市北郊飲馬河西岸二級(jí)階地上，由烏盟水利處水勘隊(duì)1974年9月成井，含水層為第三系中上新統(tǒng)砂礫巖，地下水類(lèi)型為承壓水，井孔深98.99 m。1988年1月投入觀測(cè) （圖1）。2007年1月17日采用北京中科光大自動(dòng)化技術(shù)有限公司的地震觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始觀測(cè)，數(shù)字觀測(cè)結(jié)果真實(shí)反映了水位的變化。

2 區(qū)域水文地質(zhì)情況

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬于陰山緯向構(gòu)造帶，岱海─黃旗海斷陷帶是區(qū)內(nèi)的主要活動(dòng)構(gòu)造單元，由岱海和黃旗海斷陷盆地及其周緣斷裂構(gòu)造組成，呈北東─南西向展布。斷陷帶區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北東、北北東和北西向三組斷裂構(gòu)造，其中斷陷帶南北兩側(cè)的北東向斷裂為主體活動(dòng)斷裂構(gòu)造 （圖2），控制著斷陷帶的構(gòu)造形態(tài)、形成演化和區(qū)域地形地貌特征。新生代以來(lái)上述三組斷裂都有程度不同的活動(dòng)，四周山地不斷抬升，岱海盆地、黃旗海盆地大幅度下沉。現(xiàn)今地震空間分布總體受斷裂帶控制，多出現(xiàn)在北東、北西、北北東三組活動(dòng)斷裂的交匯處。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，中強(qiáng)地震比較頻繁。

圖1 豐鎮(zhèn)井水文地質(zhì)剖面圖Fig.1 hydrographic geology section of Fengzhen well

圖2 異常井位置及周邊地質(zhì)構(gòu)造Fig.2 abnormity well position and peripheral geologic structure

境內(nèi)有黃河、水定河、內(nèi)陸河三大水系。主要河流有17條，其中內(nèi)陸河9條，外陸河8條。河流特點(diǎn)是流程短，總水量小，含沙量大，冰凍期長(zhǎng)。另外，季節(jié)性洪溝在有些地方也比較發(fā)育。就該井而言，南部、西部的低山丘陵和玄武巖臺(tái)地為重要補(bǔ)給源。

3 水位和降雨量關(guān)系分析

1999年以來(lái)，豐鎮(zhèn)井水位一直持趨勢(shì)上升狀態(tài)。對(duì)1999年以來(lái)豐鎮(zhèn)井水位和該地區(qū)的年降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并依據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果進(jìn)行了回歸值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)一元線(xiàn)性關(guān)系是反映豐鎮(zhèn)井水位和該地區(qū)的年降雨量的最佳模型。

3.1 水位和降雨量的關(guān)系

在上述豐鎮(zhèn)井水位與年降雨量一元線(xiàn)性分析的基礎(chǔ)上，主要從豐鎮(zhèn)井水位的年初值、年末值、極大值和極小值與降雨量的關(guān)系中，研究水位和降雨量的正常關(guān)系以及異常特征。需要說(shuō)明的是，年初值和年末值是指1年統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，水位的第1個(gè)觀測(cè)值和最后1個(gè)觀測(cè)值。年末值與下一年度年初值分屬于不同統(tǒng)計(jì)時(shí)段，但其水位數(shù)值可能非常接近；年極大值和年極小值是指1年統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，水位的最大觀測(cè)數(shù)值 （是水位最低時(shí)的觀測(cè)值）和水位的最小觀測(cè)數(shù)值 （是水位最高時(shí)的觀測(cè)值）。年初值、年末值、年極大值和年極小值可以從水位儀觀測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)時(shí)序曲線(xiàn)中得到。從圖3、圖4可以看出，1999年至2010年豐鎮(zhèn)井水位的年初值、年末值、極大值和極小值分別與年降雨量的線(xiàn)性關(guān)系都比較強(qiáng)，反映出水位的變化與年降雨量的變化是同步的 （降雨量減少，水位則下降）。相反地，1996、1998年該井水位的年初值、年末值、極大值和極小值分別與年降雨量的關(guān)系都明顯地偏離了正常的線(xiàn)性關(guān)系，這種偏離很有可能反映了1996年5月3日包頭6.4級(jí)地震和1998年1月10日張北6.2級(jí)地震前后水位的異常變化特征。

圖3 豐鎮(zhèn)井水位 （年初、年末）與年降雨量關(guān)系Fig.3 relationship between Fengzhen well water level(beginning of the year,end of the year)and annual rainfall

3.2 水位變幅及降雨量對(duì)水位的貢獻(xiàn)率分析

依據(jù)1996年以來(lái)豐鎮(zhèn)井水位的年初值、年末值、極大值和極小值，分別求取了該井水位的年際變幅 （年初值與年末值之差）和極值變幅 （極大值與極小值之差）。同時(shí)，利用水位極值變幅和年降雨量得到了降雨量對(duì)水位的貢獻(xiàn)率 （水位極值變幅與年降雨量的比值）。具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，1997～1999年豐鎮(zhèn)井水位的年際變幅和極值變幅的絕對(duì)值都超過(guò)了0.1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它年份。另外從降雨量對(duì)水位的貢獻(xiàn)率來(lái)看，2000年以來(lái),降雨量對(duì)豐鎮(zhèn)井水位的貢獻(xiàn)率均值為0.22，1997～1999年的貢獻(xiàn)率高出均值1倍以上。因此，豐鎮(zhèn)井水位的年際變幅、極值變幅和降雨量對(duì)水位貢獻(xiàn)率的高值異常，并非是降雨量唯一引起的，1998年1月10日張北6.2級(jí)地震前后區(qū)域引力場(chǎng)的調(diào)整很可能是引起水位的年際變幅、極值變幅和降雨量對(duì)水位貢獻(xiàn)率的高值異常的主要原因。

圖4 豐鎮(zhèn)井水位 （年極大值、年極小值）與年降雨量關(guān)系Fig.4 relationship between Fengzhen well water level (annual maximum value,annual minimum value) and annual rainfall

表1 豐鎮(zhèn)井水位變幅及降雨量對(duì)水位的貢獻(xiàn)率Table 1 Fengzhen well water shift and rainfall amount to water level technical progress factor

4 討論與結(jié)論

豐鎮(zhèn)井在日常運(yùn)行中，主要受降雨量、季節(jié)性洪水以及側(cè)向徑流補(bǔ)給等因素的影響。開(kāi)展水位 （年初值、年末值、年極大值、年極小值、年際變幅和極值變幅）與年降雨量的關(guān)系 （是否偏離正常的線(xiàn)性關(guān)系）研究，對(duì)于準(zhǔn)確把握震情具有一定的指導(dǎo)意義。本文在研究降水與豐鎮(zhèn)井水位的關(guān)系有如下發(fā)現(xiàn)：

（1）1999年以來(lái)豐鎮(zhèn)井水位和該地區(qū)的年降雨量存在明顯的一元線(xiàn)性關(guān)系。

（2）1999～2010年豐鎮(zhèn)井水位的年初值、年末值、極大值和極小值分別與年降雨量的線(xiàn)性關(guān)系都比較強(qiáng)，反映出水位的變化與年降雨量的變化是同步的 （降雨量減少，水位則下降）。相反地，1996、1998年該井水位的年初值、年末值、極大值和極小值分別與年降雨量的關(guān)系都明顯地偏離了正常的線(xiàn)性關(guān)系，這種偏離很有可能反映了1996年5月3日包頭6.4級(jí)地震和1998年1月10日張北6.2級(jí)地震前后水位的異常變化特征。

（3）1997～1999年豐鎮(zhèn)井水位的年際變幅和極值變幅的絕對(duì)值都超過(guò)了0.1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它年份。另外從降雨量對(duì)水位的貢獻(xiàn)率來(lái)看，2000年以來(lái)，降雨量對(duì)豐鎮(zhèn)井水位的貢獻(xiàn)率均值為0.22，1997～1999年的貢獻(xiàn)率高出均值1倍以上。因此，豐鎮(zhèn)井水位的年際變幅、極值變幅和降雨量對(duì)水位貢獻(xiàn)率的高值異常，并非是降雨量唯一引起的，1998年1月10日張北6.2級(jí)地震前后區(qū)域引力場(chǎng)的調(diào)整很可能是引起水位的年際變幅、極值變幅和降雨量對(duì)水位貢獻(xiàn)率的高值異常的主要原因。

[1]國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司.地震地下水手冊(cè)[M].北京：地震出版社，1995.

[2]張國(guó)民，劉蒲雄，黃德瑜，等.地震預(yù)報(bào)引論[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[3]丁風(fēng)和，趙鐵鎖，尹占軍，等.大甸子井水位的氣壓系數(shù)及其震前異常 [J].西北地震學(xué)報(bào)，2007，29（02）： 174-176.

[4]王旭升，王廣才，董建楠.斷裂帶地下水位的降雨動(dòng)態(tài)模型及異常識(shí)別 [J].地震學(xué)報(bào)，2010，32（05）：174-176.

[5]車(chē)用太，魚(yú)金子.地震地下流體學(xué)[M].北京：氣象出版社，2006.

[6]齊仁貴.用地下水動(dòng)態(tài)資料分析降雨入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給 [J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32(3)：58～62.

[7]張平，李日運(yùn).降雨入滲補(bǔ)給地下水的影響因素 [J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.26(2)：ll8～122.

[8]許昆.降水量與地下水補(bǔ)給量的關(guān)系分析 [J].地下水，2004，26（04）：272-274.

Study of Relationship between Fengzhen well water and rainfall

DING Fenghe1，HA Yuanyuan2

(1.Earthquake Administration of Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010010,China;2.Traffic College of Inner Mongolia University,Hohhot 010020,China)

Based on regional hydrogeological conditio n of Fengzhen well,analyzing the relationship between well water and the rainfall.The result indicated that research on the relationship between water level(annual beginning value,annual end value,annual maximum value,annual minimum value,annual variability and extreme value amplitude)and the annual rainfall has extremely significant to track and predict region earthquake situation.

Fengzhen well;Water level and rainfall amount;Relationship

P315.72

A

1001-8662（2012）01-0035-06

2011-10-14

2009年度震情跟蹤合同制定向工作任務(wù)資助項(xiàng)目 (2009020902)

丁風(fēng)和，男，1977年生，碩士.主要從事地震分析預(yù)報(bào)與研究工作.E-mail:dingfenghe@126.com.