萊州市地下水質的正常年變化及其與氣象要素關系分析

任 可

(山東省萊州市氣象局，山東萊州 261400)

?

萊州市地下水質的正常年變化及其與氣象要素關系分析

任 可

(山東省萊州市氣象局，山東萊州 261400)

萊州市位于渤海萊州灣畔，為黃金豐采區，且在海底開采礦源，鑒于過度開采、污染下滲、城市內澇等原因，萊州灣地區是我國海水侵染地下水危害較重的典型區域[1]。我國海水入侵研究始于20世紀80年代，研究程度最高的地區是萊州灣，且研究成果大部分是針對萊州灣地區的海水入侵[2-6]。

為致力氣象多方位服務當地政府，打造生態名片，營造環境優美、自然生態景觀，開展地下水位及水質監測顯得尤為必要。山東省氣象局2009年在環渤海4個沿海臺站安裝了4個YE0-KAL612多參數水質分析儀，萊州為其中一個站點,測點位于119.95°E、37.18°N，距海最短直線距離約7.5 km，水質監測點有較好的代表性。水質分析儀每日實現08：00、20：00采集地下水位深度、pH、鹽度、水溫，對水質開展連續監測。2012年氣候狀況趨于常年，筆者以2012年為正常年份，統計地下水位深度、pH、鹽度、水溫各要素的變化特征，并結合萊州2012年氣候特點，分析地下水質四要素與降水量、降水強度、平均氣溫、深層地溫之間的關系，以期為萊州灣近海生態環境氣象監測工作提供一定的科學依據。

1 資料與方法

所用資料為2010～2014年萊州市氣象站(119.95°E、37.18°N)YE0-KAL612多參數水質分析儀的地下水位深度、酸堿度、鹽度、水溫四要素的監測數據,選取2011年12月～2012年11月進行年度地下水質資料分析，建立氣候正常年份的地下水質井的狀態庫；并結合萊州2012年氣候特點，分析地下水質四要素與降水量、降水強度、平均氣溫、深層地溫之間的關系。

地下水位深度是以地面為基準測定。地下水質的日資料統計方法：以20：00為日界，一日內有08：00、20:00 2次觀測數據，每12 h觀測1次的YE0-KAL612多參數水質變化監測數值與地面觀測資料的降水量、大氣(地面)溫度等氣象要素的觀測時次以及日界均一致,觀測資料有較好的代表性、準確性。

2 近5年萊州氣候情況

由表1可見，2012年度的降水量、平均氣溫最接近常年，年景正常。因此同步開展地下水質四要素的常年狀態分析，建立萊州地下水質的常態庫，為當地開展服務奠定基礎。

表12010～2014年萊州各氣候要素較常年(1981～2010年)距平值

Table 1Meteorological factor anomaly in Laizhou City in 2010-2014

年份Year平均氣溫距平Meantemperatureanomaly∥℃降水量距平Precipitationanomaly∥mm日照時數距平Sunshinedurationanomaly∥h2010-0.2191.4-135.82011-0.126.4-170.320120.1-18.6-73.620130.4290.7-57.920141.4-143.4-276.8

3 萊州正常年份的地下水質四要素分析

3.1 地下水位深度與降水關系

3.1.1 最低水位與降水。由圖1可見，年中地下水位深度為8.01～11.58 m，年最大變值3.57 m；年最低水位11.58 m，出現在7月2日20：00～3日20：00和4日20:00；7月降水量較常年偏少70.5 mm，為年降水的最大負距平月；5～6月地下水位也較低，而5～6月降水較常年的負距平也較大(表2)。可見，地下水的最低水位與降水負距平呈正相關。

圖1　2012年度萊州各月逐日地下水位深度變化Fig.1　Daily change of groundwater depth in Laizhou City in different in 2012

3.1.2 最高水位與降水。圖1顯示，2012年度年最高水位8.01 m，出現在2011年12月1日08:00、8日20：00；2011年12月降水較常年偏多7.7 mm。9月為年度最大降水正距平月，4月次之；因9月時值萊州秋耕秋播、4月時值萊州春耕備播的農田灌溉需求高峰，故9、4月雖為降水的年最大、次大正距平月份，但同期的地下水位并未處在最高期。可見，地下水的最高水位受當地灌溉需求量的影響較大。

由表2可見，年中8月地下水位深度的變化最大，月變值為1.67 m；10月水深變化最小，月變值為0.20 m，為年度最小。萊州地面氣象觀測站大氣月報表的降水實況顯示，8月上旬與中旬均有1次暴雨,而下旬降水量少且均為小雨量級；10月降水上、中、下旬分布均勻，且均為小到中雨量級，無強降水發生。可見，月中降水強度之間差別越大，地下水位深度的同期變化值越大。

表2　 2012年度各月氣候概況、地下水質四要素

3.2地下水酸堿度與降水關系由表2和圖2可見，年中地下水酸堿度為0～12.79，年最大變值12.79；4、6～12月全月pH呈酸性，其中，4、8、10月pH=0為強酸性；1～3、5月呈酸堿性交替狀態。8月降水量為年最大值，且月中出現了2次暴雨量級的強降水。可見，強降水造成的地表水徑流為影響地下水pH變化的主要因素[7]。降水較少的月份，地下水呈酸堿互變態。

圖2　2012年度萊州各月逐日地下水pH變化Fig.2　Daily change of underground water pH value in Laizhou City in 2012

3.3地下水鹽度與降水關系 由圖3可見，年中地下水鹽度為5.91～19.40 ng/L，年最大變化值為13.49 ng/L，其中，最大值為19.40 ng/L，出現在2月2日08:00；最小值為5.91 ng/L，出現在8月16日20：00。年中鹽度最大值出現在2月，結合表2發現，2月降水量為年最小值；年中鹽度最小值出現在8月，而8月降水量為年最大值。可見，多雨期，地下水豐富，遷移較快，地下水淡化；少雨期，地下水鹽度上升。表明地下水鹽度與降水量呈負相關性。年中12月的鹽度變化最大,變值為9.57 ng/L，7月變化最小，為2.43 ng/L。結合大氣月報表12、7月降水的時空分布發現，12月降水僅發生在上旬，中旬與下旬均無降水，而7月降水量分布較均勻。可見，鹽度變化的大小與降水量、降水時空分布是否均勻均呈相關性。

圖3　2012年度萊州各月逐日地下水鹽度變化Fig.3　Daily change of underground water salinity in Laizhou City in 2012

3.4地下水溫與大氣溫度、深層地溫關系 由圖4可見，年中地下水溫為15.56～15.97 ℃，地下水的年最大變溫值僅為0.41 ℃。可見，萊州地下水溫全年穩定于16 ℃，地下水溫變化與降水無顯著關系。7月水溫總體最高,與大氣溫度年極值、深層地溫年極值(均在7月)一致；7月水溫變值最小，變溫值僅為0.06 ℃；結合年度氣候概況(表2)可見，7月大氣溫度與20 cm地溫值最為接近。10月水溫總體最低，5月水溫變化最大，可見，地下水的最低溫度、年中最大變溫值均不隨大氣溫度、深層地溫的規律變化。

4 結論

(1)對正常年份來說，萊州市地下水的溫度相對穩定，其變值與降水無顯著關系，地下水的最低溫度、年中最大變溫值均不隨大氣溫度、深層地溫的規律變化。

(2) 強降水造成的地表水徑流為影響地下水pH變化的主要因素。降水較少的月份，地下水呈酸堿互變態。因強降水引發的地表徑流致酸性物質累積影響地下水pH呈強酸性。

圖4　2012年度萊州各月逐日地下水溫變化Fig.4　Daily change of underground water temperature in Laizhou City in 2012

(3) 地下水的最低水位與降水負距平呈正相關，最高水位受當地灌溉需求量的影響甚大。月中降水強度之間差別越大，地下水位深度的同期變化值越大。

(4) 多雨期，地下水豐富，遷移較快，地下水淡化；少雨期，地下水鹽度上升。地下水鹽度與降水量呈負相關性，其變值也與降水時空分布是否均勻呈相關性。

參考文獻

[1] 王春義，趙德三.萊州灣地區海水入侵災害綜合評估方法[J].水利水電技術,1997(9):9-12.

[2] 郭占榮，黃奕普.海水入侵問題研究綜述[J].水文,2003,23(3):11.

[3] 姚菁，于洪軍，王樹昆，等.萊州灣海水入侵區地下水水化學特征[J].海洋科學，2007(4)：32-36，41.

[4] 劉賢趙.萊州灣地區海水入侵發生的環境背景及對農業水土環境的影響[J].水土保持研究，2006(6)：18-21.

[5] 苗青，陳廣泉，劉文全，等.萊州灣地區海水入侵災害演化過程及成因[J].海岸工程，2013(2)：69-78.

[6] 王潘平，李天科，王兵，等.萊州灣海水入侵原因分析與防治措施[J].山東農業大學學報(自然科學版)，2009(1)：93-97.

[7] 張玉璽，孫繼朝，劉景濤，等.佛山地區淺層地下水pH值分布特征及其影響因素分析[J].水文地質工程地質，2008(S1)：254-256.

摘要利用YE0-KAL612水質分析儀觀測數據，統計了萊州市地下水質的地下水位深度、酸堿度、鹽度、溫度四要素的正常年份變化，并將地下水質四要素與測站同期的降水量、降水強度、大氣溫度、地面溫度進行了對比分析，找出其間的相應關系。結果表明，對正常年份來說，萊州市地下水的溫度相對穩定，其變值與降水無顯著關系，地下水的最低溫度、年中最大變溫值均不隨大氣溫度、深層地溫的規律變化；強降水造成的地表水徑流為影響地下水pH變化的主要因素，因強降水引發的地表徑流致酸性物質累積影響地下水pH呈強酸性；地下水的最低水位與降水負距平呈正相關，最高水位受當地灌溉需求量的影響甚大；鹽度變化的大小與降水量、降水時空分布是否均勻均呈相關性。

關鍵詞地下水質；變化特征；氣象要素；相關關系；萊州市

The Normal Annual Variation of Groundwater Quality in Laizhou City and Its Relation with Meteorological Factors

REN Ke (Laizhou Meteorological Bureau, Laizhou, Shandong 261400)

AbstractData were observed and detected by YE0-KAL612 water quality analyzer. Normal annual variations of the salinity, temperature, pH value and depth of groundwater in Laizhou City were measured. The four factors of groundwater quality were compared with the precipitation, precipitation intensity, atmospheric temperature and ground temperature; their corresponding relationship was found out. Results showed that the temperature of underground water was relatively stable in normal years in Laizhou City, and its changing value had no significant correlation with precipitation. The minimum temperature of underground water and the maximum temperature change both did not change with the atmospheric temperature and deep soil temperature. Surface water runoff caused by heavy precipitation was the main factor affecting the pH value of underground water, which led to the accumulation of acidic materials and affected the pH value of underground water. The minimum level of underground water showed positive correlation with the negative precipitation departure; while the maximum level was greatly affected by the local irrigation demand. Salinity change had positive correlation with precipitation and the evenly spatial and temporal distribution of precipitation.

Key wordsGroundwater quality; Change characteristics; Meteorological factors; Correlation analysis; Laizhou City

收稿日期2015-11-30

作者簡介任可(1977-)，女，山東招遠人,工程師，從事氣象業務、地下水質等研究。

中圖分類號S 16

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-272-03