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(fā)展，涌現(xiàn)出一大批自動監(jiān)測系統(tǒng)。不同領(lǐng)域出現(xiàn)人工監(jiān)測和自動監(jiān)測的對比分析[1-3]，但是關(guān)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(shí)測監(jiān)測地下水。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類需水要求不斷加大，地下水的開采強(qiáng)度不斷加大。為了控制過度開發(fā)、保護(hù)地下水，河北省于2016年和2018年分別開始運(yùn)行省控和國控地下水自動監(jiān)測站點(diǎn)。本文對地下水人工監(jiān)測數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，為保障長系列地下水?dāng)?shù)據(jù)的連續(xù)性提供技術(shù)支撐。

2 研究區(qū)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(jīng)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(qū)和六個縣。目前廊坊市有66眼地下水人工監(jiān)測井和256眼地下水自動監(jiān)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(diǎn)分布情況對比分析

3.1.1 淺層站點(diǎn)分布情況

廊坊市淺層人工監(jiān)測井共54眼，分布在十個縣(市、區(qū))，其中三河市分布井?dāng)?shù)最多，共8眼淺井，大廠和大城分布井?dāng)?shù)最少，分別3眼淺井。廊坊市淺層自動監(jiān)測站點(diǎn)共計(jì)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(qū)，其中井?dāng)?shù)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(xì)分布情況見表1廊坊市淺層地下水監(jiān)測站點(diǎn)一覽表和圖1廊坊市淺層地下水監(jiān)測站點(diǎn)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(jiān)測站點(diǎn)一覽表

圖1 廊坊市淺層地下水監(jiān)測站點(diǎn)分布圖

3.1.2 深層站點(diǎn)分布情況

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

表2 廊坊市深層地下水監(jiān)測站點(diǎn)一覽表

圖2 廊坊市深層地下水監(jiān)測站點(diǎn)分布圖

3.2 監(jiān)測頻率情況對比

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

3.3 超采區(qū)密度分布情況對比

根據(jù)《河北省人民政府關(guān)于公布平原區(qū)地下水超采區(qū)、禁采區(qū)和限采區(qū)范圍的通知》冀政函(2017)48號文件，廊坊市淺層超采區(qū)面積為2 434.9 km2，深層超采區(qū)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(qū)分布圖(圖3)。通過圖可以明顯看出，自動井在超采區(qū)分布密集。《地下水監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T51040-2014)中規(guī)定超采區(qū)基本監(jiān)測站布設(shè)密度為15～30眼/103km2，結(jié)合圖3分析統(tǒng)計(jì)出廊坊市各縣市區(qū)超采區(qū)監(jiān)測站密度分布表(表3)。通過表中，可以明顯看出，自動監(jiān)測井淺層均達(dá)標(biāo)，深層除霸州市外，也均達(dá)標(biāo)；而人工監(jiān)測井淺層三河市和固安縣不達(dá)標(biāo)，深層安次區(qū)、永清縣、霸州市、文安縣不達(dá)標(biāo)，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(qū)分布圖

表3 廊坊市地下水超采區(qū)監(jiān)測站密度統(tǒng)計(jì)表

3.4 數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系分析

首先通過建立數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，發(fā)現(xiàn)地下水人工井和自動監(jiān)測井的深淺層數(shù)據(jù)均不一致，線性擬合公式也不一致。出現(xiàn)這種情況的原因可能是不同地區(qū)地下水含水層不同，導(dǎo)致同一縣平均水位出現(xiàn)差距。

自動井監(jiān)測井于2017年正式運(yùn)行，2018年數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定與人工井?dāng)?shù)據(jù)出現(xiàn)重疊。由于人工深井較少，且部分井布設(shè)在超采區(qū)，不能很好的代表全縣水位，所以本次計(jì)算只考慮淺層地下水觀測井。地下水的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和自動數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。依據(jù)地下水監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范(GB/T51040-2014)統(tǒng)計(jì)各監(jiān)測井月底早8:00的水位值作為該月的平均值，全縣各監(jiān)測站點(diǎn)的平均值作為該縣的月均值，全市各縣(市、區(qū))月均值的面積加權(quán)平均值作為廊坊市的月平均值。權(quán)重系數(shù)見表4廊坊市各縣(市、區(qū))權(quán)重值。

表4 廊坊市各縣(市、區(qū))權(quán)重值

根據(jù)上述方法，計(jì)算出人工井和自動井的全市平均值和各縣(市、區(qū))的均值。利用SPSS軟件[5]，進(jìn)行顯著性相關(guān)關(guān)系分析(見表5)。通過對人工井各月監(jiān)測數(shù)據(jù)和自動井各月監(jiān)測數(shù)據(jù)兩兩對比分析，發(fā)現(xiàn)除大城縣外，其它各縣(市、區(qū))人工數(shù)據(jù)和自動數(shù)據(jù)相關(guān)性顯著。但是各縣(市、區(qū))人工數(shù)據(jù)和自動數(shù)據(jù)均存在差異，結(jié)合廊坊市水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，可能是由于地下水含水層深度不同導(dǎo)致的，相關(guān)關(guān)系式需要更進(jìn)一步的研究，建議自動井不要全部參與計(jì)算而是選擇與人工井觀測位置較近的井逐一分析計(jì)算。

表5 廊坊市人工觀測井和自動觀測井?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系分析表

4 結(jié)語

(1)從站點(diǎn)分布、監(jiān)測頻率和超采區(qū)井密度分布這三個方面，對廊坊市地下水監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明自動監(jiān)測井的情況均要好于人工監(jiān)測井。

(2)通過建立數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，發(fā)現(xiàn)地下水人工井和自動監(jiān)測井的深淺層數(shù)據(jù)均不能一致。分析原因可能是由于人工井和自動井站點(diǎn)井?dāng)?shù)和位置不同造成的。

(3)通過SPSS軟件對廊坊市淺層地下水進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)出大城外，其他各縣(市、區(qū))均顯著相關(guān)。為今后擬合人工數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)提供技術(shù)支撐。大城縣需要另選年份重點(diǎn)分析。考慮不同地區(qū)的地下水含水層深度差異，建議數(shù)據(jù)研究上不必全選自動監(jiān)測井參與計(jì)算，應(yīng)當(dāng)選與人工井相近的自動井進(jìn)行分析計(jì)算。