廊坊市地下水人工觀測與自動監(jiān)測方法對比分析

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，河北省開始人工實測監(jiān)測地下水。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人類需水要求不斷加大，地下水的開采強度不斷加大。為了控制過度開發(fā)、保護地下水，河北省于2016年和2018年分別開始運行省控和國控地下水自動監(jiān)測站點。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 站點分布情況對比分析

3.1.1 淺層站點分布情況

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)測站點共計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)測站點一覽表和圖1廊坊市淺層地下水監(jiān)測站點分布圖。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)測站點一覽表

圖1 廊坊市淺層地下水監(jiān)測站點分布圖

3.1.2 深層站點分布情況

廊坊市深層地下水人工監(jiān)測站點僅有12眼，深層地下水自動監(jiān)測站點121眼(其中國控井5眼，省控井116眼)。自動監(jiān)測站點均勻分布在廊坊市十個縣市區(qū)，相比較，人工井的站點分布較不合理，站網(wǎng)密度低，部分縣沒有布設(shè)監(jiān)測站點。具體分布情況見表2廊坊市深層地下水監(jiān)測站點一覽表和圖2廊坊市深層地下水監(jiān)測站點分布圖。

表2 廊坊市深層地下水監(jiān)測站點一覽表

圖2 廊坊市深層地下水監(jiān)測站點分布圖

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)測井淺層均達標(biāo)，深層除霸州市外，也均達標(biāo)；而人工監(jiān)測井淺層三河市和固安縣不達標(biāo)，深層安次區(qū)、永清縣、霸州市、文安縣不達標(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)系式需要更進一步的研究，建議自動井不要全部參與計算而是選擇與人工井觀測位置較近的井逐一分析計算。

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)測站點進行分析，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)測井參與計算，應(yīng)當(dāng)選與人工井相近的自動井進行分析計算。