莱州市地下水质的正常年变化及其与气象要素关系分析

任 可

(山东省莱州市气象局，山东莱州 261400)



莱州市地下水质的正常年变化及其与气象要素关系分析

任 可

(山东省莱州市气象局，山东莱州 261400)

莱州市位于渤海莱州湾畔，为黄金丰采区，且在海底开采矿源，鉴于过度开采、污染下渗、城市内涝等原因，莱州湾地区是我国海水侵染地下水危害较重的典型区域[1]。我国海水入侵研究始于20世纪80年代，研究程度最高的地区是莱州湾，且研究成果大部分是针对莱州湾地区的海水入侵[2-6]。

为致力气象多方位服务当地政府，打造生态名片，营造环境优美、自然生态景观，开展地下水位及水质监测显得尤为必要。山东省气象局2009年在环渤海4个沿海台站安装了4个YE0-KAL612多参数水质分析仪，莱州为其中一个站点,测点位于119.95°E、37.18°N，距海最短直线距离约7.5 km，水质监测点有较好的代表性。水质分析仪每日实现08：00、20：00采集地下水位深度、pH、盐度、水温，对水质开展连续监测。2012年气候状况趋于常年，笔者以2012年为正常年份，统计地下水位深度、pH、盐度、水温各要素的变化特征，并结合莱州2012年气候特点，分析地下水质四要素与降水量、降水强度、平均气温、深层地温之间的关系，以期为莱州湾近海生态环境气象监测工作提供一定的科学依据。

1 资料与方法

所用资料为2010～2014年莱州市气象站(119.95°E、37.18°N)YE0-KAL612多参数水质分析仪的地下水位深度、酸碱度、盐度、水温四要素的监测数据,选取2011年12月～2012年11月进行年度地下水质资料分析，建立气候正常年份的地下水质井的状态库；并结合莱州2012年气候特点，分析地下水质四要素与降水量、降水强度、平均气温、深层地温之间的关系。

地下水位深度是以地面为基准测定。地下水质的日资料统计方法：以20：00为日界，一日内有08：00、20:00 2次观测数据，每12 h观测1次的YE0-KAL612多参数水质变化监测数值与地面观测资料的降水量、大气(地面)温度等气象要素的观测时次以及日界均一致,观测资料有较好的代表性、准确性。

2 近5年莱州气候情况

由表1可见，2012年度的降水量、平均气温最接近常年，年景正常。因此同步开展地下水质四要素的常年状态分析，建立莱州地下水质的常态库，为当地开展服务奠定基础。

表12010～2014年莱州各气候要素较常年(1981～2010年)距平值

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

年份Year平均气温距平Meantemperatureanomaly∥℃降水量距平Precipitationanomaly∥mm日照时数距平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 莱州正常年份的地下水质四要素分析

3.1 地下水位深度与降水关系

3.1.1 最低水位与降水。由图1可见，年中地下水位深度为8.01～11.58 m，年最大变值3.57 m；年最低水位11.58 m，出现在7月2日20：00～3日20：00和4日20:00；7月降水量较常年偏少70.5 mm，为年降水的最大负距平月；5～6月地下水位也较低，而5～6月降水较常年的负距平也较大(表2)。可见，地下水的最低水位与降水负距平呈正相关。

图1　2012年度莱州各月逐日地下水位深度变化Fig.1　Daily change of groundwater depth in Laizhou City in different in 2012

3.1.2 最高水位与降水。图1显示，2012年度年最高水位8.01 m，出现在2011年12月1日08:00、8日20：00；2011年12月降水较常年偏多7.7 mm。9月为年度最大降水正距平月，4月次之；因9月时值莱州秋耕秋播、4月时值莱州春耕备播的农田灌溉需求高峰，故9、4月虽为降水的年最大、次大正距平月份，但同期的地下水位并未处在最高期。可见，地下水的最高水位受当地灌溉需求量的影响较大。

由表2可见，年中8月地下水位深度的变化最大，月变值为1.67 m；10月水深变化最小，月变值为0.20 m，为年度最小。莱州地面气象观测站大气月报表的降水实况显示，8月上旬与中旬均有1次暴雨,而下旬降水量少且均为小雨量级；10月降水上、中、下旬分布均匀，且均为小到中雨量级，无强降水发生。可见，月中降水强度之间差别越大，地下水位深度的同期变化值越大。

表2　 2012年度各月气候概况、地下水质四要素

3.2地下水酸碱度与降水关系由表2和图2可见，年中地下水酸碱度为0～12.79，年最大变值12.79；4、6～12月全月pH呈酸性，其中，4、8、10月pH=0为强酸性；1～3、5月呈酸碱性交替状态。8月降水量为年最大值，且月中出现了2次暴雨量级的强降水。可见，强降水造成的地表水径流为影响地下水pH变化的主要因素[7]。降水较少的月份，地下水呈酸碱互变态。

图2　2012年度莱州各月逐日地下水pH变化Fig.2　Daily change of underground water pH value in Laizhou City in 2012

3.3地下水盐度与降水关系 由图3可见，年中地下水盐度为5.91～19.40 ng/L，年最大变化值为13.49 ng/L，其中，最大值为19.40 ng/L，出现在2月2日08:00；最小值为5.91 ng/L，出现在8月16日20：00。年中盐度最大值出现在2月，结合表2发现，2月降水量为年最小值；年中盐度最小值出现在8月，而8月降水量为年最大值。可见，多雨期，地下水丰富，迁移较快，地下水淡化；少雨期，地下水盐度上升。表明地下水盐度与降水量呈负相关性。年中12月的盐度变化最大,变值为9.57 ng/L，7月变化最小，为2.43 ng/L。结合大气月报表12、7月降水的时空分布发现，12月降水仅发生在上旬，中旬与下旬均无降水，而7月降水量分布较均匀。可见，盐度变化的大小与降水量、降水时空分布是否均匀均呈相关性。

图3　2012年度莱州各月逐日地下水盐度变化Fig.3　Daily change of underground water salinity in Laizhou City in 2012

3.4地下水温与大气温度、深层地温关系 由图4可见，年中地下水温为15.56～15.97 ℃，地下水的年最大变温值仅为0.41 ℃。可见，莱州地下水温全年稳定于16 ℃，地下水温变化与降水无显著关系。7月水温总体最高,与大气温度年极值、深层地温年极值(均在7月)一致；7月水温变值最小，变温值仅为0.06 ℃；结合年度气候概况(表2)可见，7月大气温度与20 cm地温值最为接近。10月水温总体最低，5月水温变化最大，可见，地下水的最低温度、年中最大变温值均不随大气温度、深层地温的规律变化。

4 结论

(1)对正常年份来说，莱州市地下水的温度相对稳定，其变值与降水无显著关系，地下水的最低温度、年中最大变温值均不随大气温度、深层地温的规律变化。

(2) 强降水造成的地表水径流为影响地下水pH变化的主要因素。降水较少的月份，地下水呈酸碱互变态。因强降水引发的地表径流致酸性物质累积影响地下水pH呈强酸性。

图4　2012年度莱州各月逐日地下水温变化Fig.4　Daily change of underground water temperature in Laizhou City in 2012

(3) 地下水的最低水位与降水负距平呈正相关，最高水位受当地灌溉需求量的影响甚大。月中降水强度之间差别越大，地下水位深度的同期变化值越大。

(4) 多雨期，地下水丰富，迁移较快，地下水淡化；少雨期，地下水盐度上升。地下水盐度与降水量呈负相关性，其变值也与降水时空分布是否均匀呈相关性。

参考文献

[1] 王春义，赵德三.莱州湾地区海水入侵灾害综合评估方法[J].水利水电技术,1997(9):9-12.

[2] 郭占荣，黄奕普.海水入侵问题研究综述[J].水文,2003,23(3):11.

[3] 姚菁，于洪军，王树昆，等.莱州湾海水入侵区地下水水化学特征[J].海洋科学，2007(4)：32-36，41.

[4] 刘贤赵.莱州湾地区海水入侵发生的环境背景及对农业水土环境的影响[J].水土保持研究，2006(6)：18-21.

[5] 苗青，陈广泉，刘文全，等.莱州湾地区海水入侵灾害演化过程及成因[J].海岸工程，2013(2)：69-78.

[6] 王潘平，李天科，王兵，等.莱州湾海水入侵原因分析与防治措施[J].山东农业大学学报(自然科学版)，2009(1)：93-97.

[7] 张玉玺，孙继朝，刘景涛，等.佛山地区浅层地下水pH值分布特征及其影响因素分析[J].水文地质工程地质，2008(S1)：254-256.

摘要利用YE0-KAL612水质分析仪观测数据，统计了莱州市地下水质的地下水位深度、酸碱度、盐度、温度四要素的正常年份变化，并将地下水质四要素与测站同期的降水量、降水强度、大气温度、地面温度进行了对比分析，找出其间的相应关系。结果表明，对正常年份来说，莱州市地下水的温度相对稳定，其变值与降水无显著关系，地下水的最低温度、年中最大变温值均不随大气温度、深层地温的规律变化；强降水造成的地表水径流为影响地下水pH变化的主要因素，因强降水引发的地表径流致酸性物质累积影响地下水pH呈强酸性；地下水的最低水位与降水负距平呈正相关，最高水位受当地灌溉需求量的影响甚大；盐度变化的大小与降水量、降水时空分布是否均匀均呈相关性。

关键词地下水质；变化特征；气象要素；相关关系；莱州市

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

作者简介任可(1977-)，女，山东招远人,工程师，从事气象业务、地下水质等研究。

中图分类号S 16

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)01-272-03