长春市地下水位变化特征分析

付焱焱　付雷

摘要    本文利用長春市2007—2018年逐旬地下水位、降水及蒸发资料，研究了各月地下水位变化特征、强降水过程后地下水位跳变现象以及封冻期、化冻期地下水位与降水和蒸发的关系，提出2段时期地下水位预测二元回归方程并验证其准确性。结果表明，长春站土壤封冻期、化冻期分别为每年11月中旬至次年4月中旬、每年4月下旬至11月上旬，2007—2018年年均封冻期、年均化冻期分别为165、200 d，强降水过程对后一旬水位的变化影响最显著，强降水过程后水位出现增长1 m以上的“跳变”现象。建立回归方程H封=-0.453p化-0.295z化+850.437，H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，均通过95%的信度检验，拟合优度分别为0.79、0.68。

关键词    地下水位;降水;蒸发;封冻期;化冻期;吉林长春;2007—2018年

中图分类号    P468.0+24        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）19-0203-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Analysis  on  Change  Characteristics  of  Groundwater  Level  in  Changchun  City

FU Yan-yan 1    FU Lei 2

（1 Meteorological Service Center in Jilin Province，Changchun Jilin 130062; 2 Changchun Municipal Meteorological Bureau）

Abstract    Based on ten days groundwater level，precipitation and evaporation datas of Changchun City from 2007 to 2018，the variation of groundwater level in each month，the jump phenomenon of groundwater level after heavy precipitation and the relationship between groundwater level and precipitation，evaporation during the freezing period and thawing period were studied，and the two-stage groundwater level prediction binary regression equation was proposed and its accuracy was verified.  The results showed that the freezing and thawing periods of Changchun Station were from mid-November to mid-April，and from late April to early November，respectively.The average annual freezing period and annual average thawing period in 2007-2018 were 165 d，200 d，respectively，the strong precipitation process had the most significant effect on the change of water level in the last ten days. After the strong precipitation process，the water level showed a "jump" phenomenon with a growth of more than 1 m.The regression equations were established，H封=-0.453p化-0.295z化+850.437，H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，through a 95% confidence test，and the goodness of fit were 0.79 and 0.68，respectively.

Key words    groundwater level;precipitation;evaporation;freezing period;thawing period;Changchun Jilin;2007-2018

地下水是维系完整生态系统和良好生存环境的重要因素之一，对农业生产、社会生产生活影响深远[1-3]。有许多研究者对地下水变化特征进行了分析，马艳敏等[4]研究吉林省中西部地下水变化特征和降水关系发现，中部地区降水量对地下水位的影响较西部地区更为明显，丰水年与枯水年汛期降水对春季地下水开采量的缓解作用略有不同;张  玲等[5]研究章丘市降水与泉水地下水位变化关系时发现，大于30 mm的日降水与地下水位变化相关系数最大，对泉水水位回升作用显著。地下水位观测是长春市从2007年开始实施的生态观测项目，观测井位于长春国家基准气候站生态观测场内，场地平整，为自然状态，防渗措施良好，消除了人为取水和直接降水对水位的影响。研究长春市地下水位变化特征及其影响因子，对合理开发、保护水资源十分重要，可为评估地下水系统的服务价值提供参考。

1    资料与方法

1.1    数据来源

地下水位、降水、蒸发等数据来源于长春国家基准气候站2007—2018年逐旬地下水位观测和逐日地面观测资料。

1.2    研究方法

1.2.1    测量方法。将下端坠有铁质重物的测绳缓慢放入井中，直至能够判断绳头已进入水中时，记录井沿测绳刻度，提起测绳，仔细检查测绳下端水迹位置刻度，两者差值为地下水位深度。至少测定2次，测定值相差小于2 cm时，二者均值即为地下水位观测值。

1.2.2    分析方法。相关分析、二元回归分析[6]。

2    结果与分析

2.1    土壤封冻期地下水位变化特征

长春站土壤封冻期为每年11月中旬至次年4月中旬，2007—2018年年均封冻期为165 d。封冻期浅层地下水位缓慢下降，地下水位年均下降0.47 m，3月地下水位最低，年均4.22 m。

封冻期水位下降分2个阶段：第1阶段为封冻至次年3月，降水对水位变化并无显著影响;第2阶段为3月至4月中旬，土壤上表层化冻后部分融雪下渗，对水位变化有较小影响;如遇升温、大风天气时蒸发量迅速升高，地下水位下降。

2.2    土壤化冻期地下水位变化特征

土壤化冻期为每年4月下旬至11月上旬，2007—2018年年均化冻期200 d。化冻后至8月，由于降水增多、蒸发减少，水位缓慢上升。8月水位最高，年均2.67 m，5—8月水位年均上升1.09 m，7月水位与降水量相关性最高，相关系数为-0.55。9月至11月上旬，降水减少，水位迅速下降。各月地下水位和降水量的变化特征见图1。

2.3    强降水过程后地下水位跳变特征

强降水过程对后一旬水位的变化影响最为显著，强降水过程后水位出现增长1 m以上的跳变现象，见图2。跳变现象在12年内共出現8次，跳变后水位平均上升1.47 m，跳变期降水与后一旬水位相关系数为-0.49。

2.4    土壤封冻期、化冻期地下水位预测

降水和蒸发对水位的影响存在滞后性，可应用于预测后期水位。化冻期降水、蒸发与其后封冻期平均水位成显著相关，相关系数分别为-0.87和0.62。建立回归方程H封= -0.453p化-0.295z化+850.437（式中H、p、z分别为水位高度、降水量、蒸发量，下同），通过95%的信度检验，拟合优度为0.79，拟合结果见图3（a）。土壤化冻后，前期封冻期降水、蒸发对地下水补给，与化冻至7月平均水位相关关系最好，相关系数分别为-0.80和0.48。建立回归方程H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，通过95%的信度检验，拟合优度为0.68，拟合结果见图3（b）。

3    结论与讨论

（1）长春市地下水位在约165 d的封冻期内分为11月中旬至3月中旬无显著变化、3月下旬至4月中旬表层土壤化冻后迅速下降2个阶段;约200 d的化冻期内分为4月下旬至8月上升和9—11月迅速下降2个阶段，强降水过程后一旬水位会出现跳变现象;封冻期、化冻期至7月地下水位与前期降水和蒸发相关性良好。

（2）基于蒸发和降水对地下水位影响的滞后性，提出2段时期地下水位预测二元回归方程分别为：H封=-0.453p化-0.295z化+850.437和H化-7=1.977p封-0.255z封+565.414，二者均通过95%的信度检验，拟合优度分别为0.79、0.68，可应用于水位预测。

（3）本文研究所采用的数据只有12年，只研究了单一站点数据，需要在后续研究中验证这一方法的准确性。人类活动对地下水位的影响也不容忽视，希望通过此研究为相关部门合理开发、保护地下水资源提供参考。

4    参考文献

[1] 卞海滨.河北省地下水超采区治理措施探讨[J].现代农业科技，2019（10）：173-174.

[2] 刘石.地下水质量评价方法探讨[D].北京：中国地质大学，2006.

[3] 王艳梅，齐善忠，曹少娇.济南市地下水资源及其环境质量评价[J].地下水，2015，37（2）：162-164.

[4] 马艳敏，李建平，王颖，等.吉林省中西部浅层地下水位时空变化特征及与降水的关系[J].干旱气象，2015，33（6）：994-999.

[5] 张玲，贾再强，欧阳秋明.章丘泉水地下水位与降水关系分析[J].安徽农业科学，2008，36（27）：11931-11932.

[6] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].2版.北京：气象出版社，2007.