廊坊市地下水人工观测与自动监测方法对比分析

刘文静

(河北省廊坊水文水资源勘测局，河北 廊坊 065000)

1 概述

近几年电子科技迅猛发展，涌现出一大批自动监测系统。不同领域出现人工监测和自动监测的对比分析[1-3]，但是关于地下水人工井和自动井的对比分析几乎没有。自1976年起，河北省开始人工实测监测地下水。随着经济社会的发展，人类需水要求不断加大，地下水的开采强度不断加大。为了控制过度开发、保护地下水，河北省于2016年和2018年分别开始运行省控和国控地下水自动监测站点。本文对地下水人工监测数据和自动监测数据进行分析研究，为保障长系列地下水数据的连续性提供技术支撑。

2 研究区概况

廊坊市位于华北平原东北部，京、津两大城市之间，北纬38°30′至40°05′，东经116°07′至117°15′。全市国土面积6 429 km2，市辖两个县级市、两个县级区和六个县。目前廊坊市有66眼地下水人工监测井和256眼地下水自动监测井，其中廊坊市66眼国控井、190眼省控井。

3 综合分析

3.1 站点分布情况对比分析

3.1.1 浅层站点分布情况

廊坊市浅层人工监测井共54眼，分布在十个县(市、区)，其中三河市分布井数最多，共8眼浅井，大厂和大城分布井数最少，分别3眼浅井。廊坊市浅层自动监测站点共计135眼，其中国控井61眼，省控井74眼，较均匀的分布在廊坊市各个县市区，其中井数最多的是固安县，有20眼浅井，最少的是大厂县，有6眼井，详细分布情况见表1廊坊市浅层地下水监测站点一览表和图1廊坊市浅层地下水监测站点分布图。从观测井的分布来看，廊坊市浅层自动观测井比人工观测井多150%，且分布较均匀。

表1 廊坊市浅层地下水监测站点一览表

图1 廊坊市浅层地下水监测站点分布图

3.1.2 深层站点分布情况

廊坊市深层地下水人工监测站点仅有12眼，深层地下水自动监测站点121眼(其中国控井5眼，省控井116眼)。自动监测站点均匀分布在廊坊市十个县市区，相比较，人工井的站点分布较不合理，站网密度低，部分县没有布设监测站点。具体分布情况见表2廊坊市深层地下水监测站点一览表和图2廊坊市深层地下水监测站点分布图。

表2 廊坊市深层地下水监测站点一览表

图2 廊坊市深层地下水监测站点分布图

3.2 监测频率情况对比

廊坊市地下水监测井人工监测和自动监测均能完成一年内地下水埋深变化曲线，符合监测要求。人工监测站每五日监测1次数据，自动监测每4小时监测一次，每日监测6次。因此，人工监测数据不如自动监测井监测频次高。一旦井出现淤堵等问题，自动监测井可以通过过程线迅速的反应出来，人工监测井则做不到的。

3.3 超采区密度分布情况对比

根据《河北省人民政府关于公布平原区地下水超采区、禁采区和限采区范围的通知》冀政函(2017)48号文件，廊坊市浅层超采区面积为2 434.9 km2，深层超采区面积为3 692.7 km2。通过ArcGIS绘图软件，绘制廊坊市深浅层地下水超采区分布图(图3)。通过图可以明显看出，自动井在超采区分布密集。《地下水监测工程技术规范》(GB/T51040-2014)中规定超采区基本监测站布设密度为15～30眼/103km2，结合图3分析统计出廊坊市各县市区超采区监测站密度分布表(表3)。通过表中，可以明显看出，自动监测井浅层均达标，深层除霸州市外，也均达标；而人工监测井浅层三河市和固安县不达标，深层安次区、永清县、霸州市、文安县不达标，且密度很低，最低的仅为2.1眼/103km2。

图3 廊坊市深浅层地下水超采区分布图

表3 廊坊市地下水超采区监测站密度统计表

3.4 数据相关关系分析

首先通过建立数理统计模型，发现地下水人工井和自动监测井的深浅层数据均不一致，线性拟合公式也不一致。出现这种情况的原因可能是不同地区地下水含水层不同，导致同一县平均水位出现差距。

自动井监测井于2017年正式运行，2018年数据相对稳定与人工井数据出现重叠。由于人工深井较少，且部分井布设在超采区，不能很好的代表全县水位，所以本次计算只考虑浅层地下水观测井。地下水的数据变化显示在年序列上[4]，因此，本次研究采用2018年各月浅层井的人工数据和自动数据进行对比。依据地下水监测工程技术规范(GB/T51040-2014)统计各监测井月底早8:00的水位值作为该月的平均值，全县各监测站点的平均值作为该县的月均值，全市各县(市、区)月均值的面积加权平均值作为廊坊市的月平均值。权重系数见表4廊坊市各县(市、区)权重值。

表4 廊坊市各县(市、区)权重值

根据上述方法，计算出人工井和自动井的全市平均值和各县(市、区)的均值。利用SPSS软件[5]，进行显著性相关关系分析(见表5)。通过对人工井各月监测数据和自动井各月监测数据两两对比分析，发现除大城县外，其它各县(市、区)人工数据和自动数据相关性显著。但是各县(市、区)人工数据和自动数据均存在差异，结合廊坊市水文地质结构分析，可能是由于地下水含水层深度不同导致的，相关关系式需要更进一步的研究，建议自动井不要全部参与计算而是选择与人工井观测位置较近的井逐一分析计算。

表5 廊坊市人工观测井和自动观测井数据相关关系分析表

4 结语

(1)从站点分布、监测频率和超采区井密度分布这三个方面，对廊坊市地下水监测站点进行分析，分析结果表明自动监测井的情况均要好于人工监测井。

(2)通过建立数理统计模型，发现地下水人工井和自动监测井的深浅层数据均不能一致。分析原因可能是由于人工井和自动井站点井数和位置不同造成的。

(3)通过SPSS软件对廊坊市浅层地下水进行相关关系分析，发现出大城外，其他各县(市、区)均显著相关。为今后拟合人工数据和自动监测数据提供技术支撑。大城县需要另选年份重点分析。考虑不同地区的地下水含水层深度差异，建议数据研究上不必全选自动监测井参与计算，应当选与人工井相近的自动井进行分析计算。