地下水位變化與地震活動關系研究

■王賀生 王倩 韓小賓

（河北省地震局秦皇島中心臺河北秦皇島066100）

地下水位變化與地震活動關系研究

■王賀生 王倩 韓小賓

（河北省地震局秦皇島中心臺河北秦皇島066100）

本文主要以降水對地下水位變化的影響和地下水位產生變化同地震災害之間的關系為立足點，提出了一種以回歸思想為基礎，通過觀測地下水位變化數據來消除降水影響力的方法。此外，再將方法進行加工處理，同時引入了局部變化速率這一概念，對地下水位變化的趨勢進行細致的描述，從而就地下水位變化同地震活動之間的關系進行研究討論。

地下水位變化地震活動關系研究

眾所周知，地震災害在發生之前，往往會出現一些異常的自然變化情況，例如地磁、地下水位、地溫和地電的變化等。并且，由于這些變化數據都可以通過儀器觀測來進行有效的記錄，所以相關部門通過分析這些數據就能夠做出準確率較高的地震預測。此外，為了能對這些數據做出更加有效的利用，相關人員在進行數據分析的過程中還需要盡可能排除一切的影響因素。

1　地下水動態數據的處理方法和影響因素

1.1地下水的動態影響因素

就目前來看，地下水的動態觀測數據主要是由含水層、儀器和井口這三部分構成的接收系統，其在工作過程中接受到的工作各類型綜合因素所體現出來的。因此，影響地下水動態觀測數據準確度的主要因素除了儀器設備本身在工作過程中出現的誤差之外，還有干旱、氣壓變化、工農業用水、地殼構造活動和固體抄襲等因素的影響。從類型上來看，這些影響因素可以被分為宏觀和微觀兩種類型，前者主要包括了注水、降水、開采和灌溉等造成的含水層水量減少；后者指的是氣壓、機械振動、鄰層抽水和固體潮等造成的含水層應力應變環變化。

1.2地下水動態影響因素的數據處理方法

宏觀影響因素，數據處理方法，可通過水文地質學，水位均衡理論,對于地下水補給量、排泄量、開采量進行計算；通過趨勢推演法，對于其地下水位的補給和開采情況進行推測；可通過水動力方法，對于其井群抽水量、涌水量進行計算分析,在分析的過程中，也要注意針對于影響因素，相位滯后問題的考慮。其中微觀影響因素的處理方法，包括單道、多道數字濾波方式，可以根據時間域,即時間年月日的不同，對于地下水時間序列中，氣壓、固體潮、降水因素進行分析；通過調和分析方法，對于其水位固體潮的潮汐因子、相位差進行分析；通過頻譜分析法的應用，對于其地下水位、固體潮，氣壓因素頻率關系進行對比分析。同時也有很多的專家、學者數學模型方法的應用，對于其處理地下水影響因素的效果參考文獻進行分析，從而更好的研究出地下水，在封閉條件下，對氣壓荷載、固體潮的靜態響應，通過研究認為,固體潮的靜態響應，與氣壓響應有一定的關系,對于井孔環境壓縮性、孔隙環境的確定，奠定良好的基礎。Rojstaczer、Ag-new[21]，通過孔隙介質彈性理論的應用，對于其含水層封閉，應用性比較優質的井孔，對于氣壓、潮汐的響應進行有效的研究，并將其了壓縮率、孔隙度進行了有效的計算,然后采用該種方法，針對于美國帕克菲爾德地震試驗場的5口水井，進行了氣壓、固體潮響應，進行了有效的評估概述。

2　地下水位的變化速率與地震的關系

2.1地下水位的局部變化速率

地下水位異常，實際上是指水位出現不正常的上升或下降，且這種變化能夠使用地下水位隨著時間的變化而產生的速率來實現描述；地下水位在時間t之上的變化速率能夠采用時間序列Z之上的某個時刻t，在其之前的m個觀測數據與時間的關系而繪制出的直線回歸中的斜率來予以表示。令

則有得到如下所示的模型:

在模式中的1所代表的是是全部分量為1的m維列向量，e(t)指的是m維列向量,其所代表的是近似誤差,at和bt則代表待估的參數,bt表示的是地下水位在時刻t之上的變化速率,at表示的是直線Z=at+btt圖像在縱軸之上的截距；由此可以看出，bt和t對at具有決定性的作用,因此不需要對新的信息進行研究，只需要對序列bt中所包含的地震的信息進行研究即可，相對應的都存在一個bt,因此bt同樣也是一個時間序列。當m取不同的數值的時候，序列bt也會隨之出現不同:當m大時,bt的變化趨勢較小；當m小時,bt的變化程度則會變大，因此將m稱之為是滑動平均窗寬,簡稱為窗寬，其所代表的是地下水位的m窗寬平均變化速率,簡稱為地下水位平均變化速率,也被稱之為地下水位變化速率,簡記為b；而Mb(m)則代表地震發生當天之中的全部b值的集合,稱之為地震水位的m窗寬平均變化速率,簡稱為地震水位平均變化速率,或者是地震水位變化速率,簡記為Mb。

2.2地震與地下水位變化速率

在地下水位平均變化速率序列b和地震的對應圖像中，其中的實線所代表的是b與時間之間的變化情況，為地震發生當天所對應的b值，也就是Mb。接下來對在地震發生過程中Mb的分布情況進行分析，并使用M來表示地震發生的事件，如下圖所示，

其中的P所代表的是在已知有地震發生的條件下，地下水位變化速率的分布情況,其頻率為

在這個公式當中，給出了P的頻率分布直方圖，從中可以較為直觀的發現,約有53.85%的地震在發震前期均出現了地下水位下降的情況,但是也有46.15%的地震在發震前期出現了地下水位上升的情況,且在地下水位速率位于區域之內為地震的多發區,因此也就說明在平均地下水位變化比較平緩的時候是地震的多發期。

3　總結

地下水會受到多種因素的影響，對宏觀水量變化的影響可以使用水量均衡法，其中影響微觀動態的因素主要八廓了降雨、固體潮和氣壓等，對其數據進行處理的方法則可以選擇數字濾波、頻譜分析、回歸分析和調和分析等，為了避免干擾因素對結果產生的不利影響，因此要對數據處理模型進行優化調整，從而保證地下水位變化與地震活動之間關系的客觀性和科學性。

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P315[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-442-1