地下水自动监测站网与人工监测站网对比研究

吴 旭 ，王树谦 ，吴润泽

（1.河北工程大学 水利水电学院，河北 邯郸 056038；2.河北省邯郸水文水资源勘测局，河北 邯郸 056001；3.山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安 271000）

水文水资源

地下水自动监测站网与人工监测站网对比研究

吴 旭1，2，王树谦1，吴润泽3

（1.河北工程大学 水利水电学院，河北 邯郸 056038；2.河北省邯郸水文水资源勘测局，河北 邯郸 056001；3.山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安 271000）

邯郸市2016年设立地下水自动监测站268处。为实现自动监测站逐步取代人工监测站、自动监测站和人工监测站数据的有效衔接，采用差值和比值两种对比方法，以埋深和水位两种形式对邯郸市平原区深、浅层地下水的人工监测站数据与自动监测站数据进行折算系数计算、分析，为地下水自动监测站和基本监测站的资料衔接，提供科学可靠的折算系数。结果表明，浅层地下水采用水位折算系数法，深层地下水采用埋深折算系数法是比较合理的。

平原区；地下水；差值；比值；折算系数；分析

1 研究背景

邯郸市设有地下水人工基本监测站83处，已经积累了近40年的数据资料，2016年设立地下水自动监测站268处。为更好发挥河北省水资源监控能力建设项目地下水自动监测系统效益，实现自动监测站逐步取代人工监测站，自动监测站和人工监测站数据的有效衔接，采用差值和比值两种对比分析方法，以埋深和水位两种形式对邯郸市东部平原区（以下简称“研究区”）深、浅层地下水的人工监测站数据与自动监测站数据进行折算系数计算，具有重要的现实意义。

研究区位于河北省最南部，太行山东麓，京广铁路西侧100m等高线以东，面积7587km2［1］，属华北断拗带的一部分，第四纪沉积物的厚度自西向东10～560m［2］。根据邯郸区域的地层岩性、地下水赋存条件和含水介质的空隙特征，研究区地下水类型为第四系松散岩类孔隙水含水岩组［3］。地下水的补给来源主要有：大气降水入渗补给、河流渠系渗漏补给、灌溉入渗及山前侧向径流补给［4］。

2 监测站网介绍

2.1 人工基本监测井

邯郸市地下水人工基本监测井共83眼，于1979年开始观测，其中浅井70眼，全部位于研究区，深井13眼，除2眼分别位于山区的峰峰矿区和武安市以外，其余位于研究区内的鸡泽、曲周、邱县、肥乡、馆陶、魏县、大名和成安等8个县。按照监测频次分为五日井和逐日井，其中，五日井81眼，逐日井2眼。五日井即为每5日监测1次，监测时间为每月1，6，11，16，21，26日的8时，逐日井即为每日监测1次，监测时间为每日的8时［5］。

2.2 自动监测井

邯郸市地下水自动监测井于2016年设立，共268眼，2016年12月底首批技术评定合格136眼，全部位于研究区（除磁县和邯郸市区以外），其中浅井79眼，深井57眼。自动监测井使用一体化压力式水位计，采用“六采一发”的方式，定时采集，每天8，12，16，20，24，4时采集数据，8时通过传输设备定时发报1次。

3 折算系数分析

3.1 计算方法

本次计算时间选用2017年1月21日、1月26日、2月6日、2月11日、2月16日、2月21日、2月26日、3月1日早8时的8组监测数据进行计算分析，以县为单位进行计算，县以下采用算术平均值计算县地下水平均埋深、平均水位，然后以县面积加权计算设区市地下水平均埋深、平均水位。

按差值和比值两种方法分别进行计算：

折算差值=自动监测站监测数据－人工基本监测站监测数据

折算比值=自动监测站监测数据÷人工基本监测站监测数据

3.2 计算范围

本次分析计算的范围为邯郸市东部平原区，考虑到平原区各县所拥有的人工基本监测井和自动监测站监测井数量情况及对应关系，此次浅层地下水的计算范围是平原区的永年县、鸡泽县、曲周县、邱县、邯郸县、肥乡县、临漳县、馆陶县、魏县、大名县、成安县和广平县等12个县；深层地下水的计算范围是平原区的鸡泽县、曲周县、邱县、肥乡县、馆陶县、魏县、大名县和成安县等8个县。

3.3 计算成果

3.3.1 水位差值系数

3.3.1.1 浅层地下水

邯郸市浅层地下水水位的平均折算差值为-2.56，8组的平均差值变化区间为-2.95～-2.24，|max-min|=0.71，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是曲周县，|max-min|=2.33。各县的平均折算差值变化区间为-11.16～6.51，7个负值，5个正值，说明区域上各个县之间差异较大，且人工监测井的水位大部分比自动监测井的水位高，计算成果如表1。

表1 浅层地下水水位差值计算成果

续表1

3.3.1.2 深层地下水

邯郸市深层地下水水位的平均折算差值为2.77，8组的平均差值变化区间为2.18～3.21，|maxmin|=1.03，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是邱县，|max-min|=9.38。各县的平均折算差值变化区间为-12.13～38.92，6个负值，2个正值，说明区域上各个县之间差异较大，且人工监测井的水位普遍比自动监测井的水位高，计算成果如表2。

表2 深层地下水水位差值计算成果

3.3.2 水位比值系数

3.3.2.1 浅层地下水

邯郸市浅层地下水水位的平均折算比值系数为0.96，8组的平均比值变化区间为0.94～0.98，|maxmin|=0.04，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是鸡泽县，|max-min|=0.40。各县的平均折算比值变化区间为0.50～2.64，大部分趋近于1，表明折算比值呈现较强的规律性，即人工监测井的数据和自动监测井的数据相比差异较小，计算成果如表3。

3.3.2.2 深层地下水

邯郸市深层地下水水位的平均折算比值系数为0.34，8组的平均比值变化区间为0.29～0.37，|max-min|=0.08，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是邱县，|max-min|=0.61。各县的平均折算比值变化区间为-0.51～1.80，比较分散，表明人工监测的数据和自动监测的数据相比差异较大，且区域上各个县之间差异较大，计算成果如表4。

3.3.3 埋深差值系数

3.3.3.1 浅层地下水

邯郸市浅层地下水埋深的平均折算差值为0.84，8组的平均差值变化区间为0.56～1.18，|max-min|=0.62，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是曲周县，|max-min|=2.32。各县的平均折算差值变化区间为-12.96～9.08，7个正值，5个负值，说明区域上各个县之间差异较大，且人工监测井的地下水埋深大部分比自动监测井的埋深小，计算成果如表5。

3.3.3.2 深层地下水

邯郸市深层地下水埋深的平均折算差值为-2.69，8组的平均差值变化区间为-3.10～-2.08，|max-min|=1.02，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是邱县，|max-min|=9.37。各县的平均折算差值变化区间为-35.34～12.01，6个正值，2个负值，说明区域上各个县之间差异较大，且人工监测井的地下水埋深普遍比自动监测井的埋深小，计算成果如表6。

表3 浅层地下水水位比值计算成果

表4 深层地下水水位比值计算成果

表5 浅层地下水埋深差值计算成果

3.3.4 埋深比值系数

3.3.4.1 浅层地下水

邯郸市浅层地下水埋深的平均折算比值系数为1.11，8组的平均比值变化区间为1.07～1.13，|max-min|=0.06，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是曲周县，|max-min|=0.44。各县的平均折算比值变化区间为0.48～2.12，大部分趋近于1，表明埋深比值呈现较强的规律性，即人工监测井的埋深数据和自动监测井的埋深数据相比差异较小，计算成果如表7。

3.3.4.2 深层地下水

邯郸市深层地下水埋深的平均折算比值系数为0.98，8组的平均比值变化区间为0.97～0.99，|max-min|=0.02，计算成果稳定。每个县8次计算结果之间差异较小，表明参与计算的数据稳定性较好。其中差异较大的是邱县，|max-min|=0.17。各县的平均折算比值变化区间为0.41～1.29，大部分趋近于1，表明埋深比值呈现较强的规律性，即人工监测井的埋深数据和自动监测井的埋深数据相比差异较小，计算成果如表8。

3.4 成果合理性分析

通过对邯郸市东部平原区自动监测井技术评定合格的13个县内的人工监测井和自动监测井8d的监测数据按照水位差值、水位比值系数、埋深差值、埋深比值系数4种方法进行计算，经过单县的差异性分析、数据的一致性分析和高程变化、站网密度、站网布局等实际情况的影响分析，浅层水位比值系数和深层埋深比值系数的波动幅度较小，成果较为稳定。因此，浅层地下水采用水位比值系数法，深层地下水采用埋深比值系数法是比较合理的。

表6 深层地下水埋深差值计算成果

表7 浅层地下水埋深比值计算成果

表8 深层地下水埋深比值计算成果

4 结语

（1）经过对平原区各县的对比计算和合理性分析，此次折算，浅层地下水对比分析采用水位比值系数计算成果，深层地下水对比分析采用埋深比值折算系数计算成果。

（2）目前邯郸还有130余眼自动监测站没有进行技术评定，自动监测站网的密度优势没有显现出来，从上述分析可知，基本站和自动站的站网数量、区域分布对折算系数的计算结果有重要影响，建议待全部自动监测站均完成技术评定后，再重新计算确定折算系数。

（3）同时由于采用计算时间长度只有8次数据，随着自动与人工两个监测站网同步监测数据逐步积累后，适时对分析成果进行修订与完善；尽量避开灌溉时节，确保折算成果将更加稳定、可靠。

（4）建立统一的地下水监测站网，及时掌握和预报地下水的动态变化［6］。并在今后站网规划时，为实现二者数据的有效衔接，充分考虑二者站网分布情况，以确保监测数据的科学性和代表性。

［1］邯郸市水利局．河北省邯郸市水资源评价［M］．北京：学苑出版社，2008．

［2］邯郸市水利局．河北省邯郸市水资源研究［M］．北京：学苑出版社，2008．

［3］胡新锁，乔光建，邢威洲．邯郸生态水网建设与水环境修复［M］．北京：中国水利水电出版社，2013．

［4］胡新锁．邯郸市平原水网建设对浅层地下水补充作用分析［J］．水科学与工程技术，2015（1），33-36．

［5］SL183—2005，地下水监测规范［S］．

［6］吴旭，赵伟，李杰．邯郸市平原区浅层地下水超采区划分及治理对策［J］．地下水，2012，34（3），54-56．

Comparative study between groundwater automatic monitoring station network and artificial monitoring station network in Handan Plain

WU Xu1，2，WANG Shu-qian1，WU Run-ze3
（1.College of Water Conservancy and Hydropower，Hebei University of Engineering，Handan 056038，China；2.Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Handan，Hebei Province，Handan 056001，China；3.Water Conservancy and Civil Engineering Colleges，Shandong Agricultural University，Tai’an 271018，China）

There are 83 groundwater basic monitoring stations in Handan city，which has accumulated data for nearly 40 years，In 2016，268 groundwater automatic monitoring stations were set up.In order to achieve the replacement of automatic monitoring station to artificial monitoring station，and the effective connection between automatic monitoring station data and artificial monitoring station，this paper adopts the two comparison methods of the difference and ratio，By means of two forms of buried depth and water level，the conversion coefficients of artificial monitoring station data and automatic monitoring station data of deep and shallow groundwater in Handan plain area are calculated，to provide a scientific and reliable conversion coefficient for the data link of automatic monitoring stations and the artificial monitoring station.The results show that it is reasonable for shallow groundwater to adopt the method of water level conversion coefficient and deep shallow groundwater to adopt the method of buried depth conversion coefficient.

plain area；groundwater；difference；ratio；conversion coefficient；analysis

TV211

B

1672-9900（2017）05-0010-05

2017-06-26

河北省2015年科技计划项目现代农业攻关计划（15227005D）

吴 旭（1982-），男（汉族），河北馆陶人，博士研究生，高级工程师，主要从事水文水资源工作，（Tel）15932208616。

（责任编辑：尹健婷）