濟南泉水位動態短期預測研究

楊增元 韓偉隆 王正紅

濟南泉水位動態短期預測研究

楊增元 韓偉隆 王正紅

濟南以泉城聞名于世，城因泉名，泉以水生。在當前經濟新常態下，保持泉水常年噴涌，永葆泉城特色，始終是一個重大研究課題。

地下水位受自然因素和人為因素的影響，其中自然因素主要為大氣降雨、氣溫、地質條件、地下水本身等因素。地下水位預測研究工作包括：回歸分析模型、頻譜分析方法、時間序列模型、灰色系統預測法、模糊預測方法、人工神經網絡方法、小波分析法、數值模擬等。

一、主要影響因素

研究表明，影響濟南泉水動態的主要因素包括大氣降水、人工開采量及回灌補源量等。

大氣降水作為濟南泉域最主要的地下水補給項，不僅對地下水水位變動有著重要影響，還是影響整個地下水動力場的重要因素。濟南市降雨具有年際分配不均勻的特性，且具有隨機性的特點。

影響地下水動態的另外一個重要因素是地下水的排泄項。濟南泉域地下水的排泄途徑主要包括：人工開采、泉水排泄以及巖溶水頂托補給第四系孔隙水。其中人工開采是制約泉流量的重點。

濟南市通過人工調蓄補源，在南部補給區玉符河北沙河及大量分布的溶溝內修建攔水壩（墻），逐級攔蓄洪水，開展人工回灌補給。結果顯示，回灌可以在短時間內迅速阻止地下水位下降，維持地下水位穩定，使泉水能持續噴涌，是保持泉水長期噴涌和水環境良性循環的主要措施之一。

二、預測回歸模型及參數

本文以2003年以來濟南泉域的泉水位、降水量、開采量、回灌量資料為基礎，建立枯水期泉水位的預測模型。以1月份地下水位值作為初始值，枯水期水位自然衰減值0.0082m/d，有效降雨引起水位上升值 0.0038～0.0042m/d，人工回灌引起地下水上升值0.0009m/d，開采量引起地下水位下降值0.0009 m/d。則預測方程為：

式中：H0為一月份地下水位；為自然衰減函數，d；X2為回灌函數，d；X3為開采函數，d；X4為降雨函數。

根據2012～2013年實測泉水位的誤差檢驗（見圖1），預測模型基本可靠，可以作為預測模型使用。

圖1 泉水位計算和實測值對比曲線圖

圖2 2016年4～6月泉水位預測曲線圖

三、回歸模型預測結果

根據歷史和現狀分析，對趵突泉枯水期水位進行預測，結果如下：2016年3 月22日～5月31日分別按照豐、平、枯三種不同年份設計，在現狀補源條件下進行預測。預測結果如下（見圖2）：在豐（降雨量約110mm）、平（降雨量約80mm）、枯（降雨量約40mm）年份下，趵突泉達到紅色警戒水位的時間分別為2016年4月1日、3月26日、3月26日。具體預測結果見表1。

表1 枯水期趵突泉水位預測值一覽表 單位：m

四、結語

泉水動態受降水、回灌、水源地開采、自備井開采、農灌開采等多因素影響，但是預測結果表明，為維持枯水期泉水正常噴涌必須加強應急保泉措施的研究工作■

（作者單位：山東省濟南市水文局250014）