沧州浅层地下水预测预报研究

郭洪起

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

1 研究区概况

水是实现经济社会可持续发展的重要战略性资源，地下水资源作为水资源的重要组成部分，不仅弥补了地表水资源时空分布不均匀引起的区域供水不足，同时也支撑了生态环境的和谐。浅层地下水一方面为国民经济发展和人民生活水平提高提供了水源保证，做出了巨大贡献，据统计，2000年全国总供水量5 621亿 m3，其中浅层地下水源供水量1 104亿 m3，占总供水量的19.6%。地下水是北方地区的重要供水水源，其中河北省地下水源供水量占总供水量的75%以上。目前，地下水已成为400多个建制市的供水水源，在我国北方农村地区，地下水也是主要供水水源，地下水灌溉面积占全国耕地面积的40%。另一方面由于无序开采，造成地下水严重超采，引发了地下水位持续下降及其一系列的水环境问题。据统计，目前全国地下水超采区共有164片，超采区总面积18.13万 km2，其中河北省超采面积最大，达6 6973 km2，占该省平原区面积的 91.6%，而沧州地区又是超采区的重中之重。

研究区面积约3 000 km2，水文地质属子牙河古河道带孔隙水有咸水次亚系统小区，地下水径流方向与地形一致，呈西南——东北向，2010年浅层地下水平均埋深10.91 m。浅层地下水主要贮存于第四系含水层中，主要接受降水入渗和侧向径流补给，浅层地下水排泄以人工开采和侧向流出为主。

研究区内，共有20处雨量站、9处浅层地下水监测站。受农业用水特点影响，浅层地下水年内动态变化特征主要受降水及作物生长需水和灌溉规律影响较大，从3月份小麦春灌开始，浅层地下水埋深逐渐增大，至6月份达到最大;随着汛期的到来，用水量减少，受降水入渗补给量增加，浅层地下水埋深逐渐减小，至3月份达到最小。研究区浅层地下水埋深年内变化趋势见图1。

研究区1996－2003年平均埋深总体呈增大趋势主要是受垣城南漏斗区的影响，导致该区浅层地下水开采量与径流量大于补给量，2003年后由于政府关停自备井及其他一些保护浅层地下水措施的实施，使得该区浅层地下水埋深呈现一个较为平稳的趋势。研究区内浅层地下水埋深年际变化趋势见图2。

图1 研究区浅层地下水埋深年内变化趋势图

图2 研究区浅层地下水埋深年际变化趋势图

2 研究方案

降雨通过在土壤中的入渗到达浅层地下水面，由于渗流的速度比较缓慢，降雨对浅层地下水位影响的滞后时间相对较长。在华北平原，浅层地下水埋深小于10 m时，雨后2～3天后浅层地下水位会有反应;浅层地下水埋深超过20 m时，半年内的降雨对浅层地下水位的变化都有影响。

研究区域内大部分雨量集中在6－9月，7－10月的浅层地下水位变化趋势受降雨影响比较明显，降雨量与浅层地下水位变化值的相关关系较好，相关系数较大;其它月份因降水稀少浅层地下水的补给量不大或开采量较大，而导致降水与浅层地下水埋深变化的关系不好。

2.1 研究区11－6月份浅层地下水埋深变化的预测方案

每年的11－5月由于降水量稀少，浅层地下水位的月变幅与降水量几乎没有什么关系，而6月份虽有一定量的降水，但由于农灌用水频繁，故研究区内11－6月这个时间段的浅层地下水变幅主要受开采量的影响。由于浅层地下水的开采量统计数据精确度较差，因此采用各月历年区域浅层地下水平均变化幅度预测，即:

各月历年区域平均地下水位变幅见表1

表1 枯季各月多年平均地下水位月变幅

2.2 研究区7～10月份浅层地下水埋深变化的预测方案

建立区域面平均降雨量与区域面平均月地下水位变幅的相关图，区域面平均月地下水位变幅采用当月26日区域面平均埋深减去上月同日区域面平均埋深值。

在建立相关关系时，首先需要确定用什么时间段，然后对时间段内区域面平均雨量与区域面平均月地下水位变幅建立关系，为此进行区域面平均月降雨量与区域面平均月地下水埋深变幅的相关分析，即:

式中:R为相关关系精度;P为合计雨量(mm);ΔH为本月末－相关月末历年区域平均埋深变幅(m)。

通过相关分析计算得出:6月、7月区域面平均雨量合计值与6－7月区域面平均地下水位变幅(7月底与6月底数据之差，以下同)，6－8月区域面平均雨量合计值与6－8月区域面平均地下水位变幅，7－9月区域面平均雨量合计值与6－9月区域面平均地下水位变幅，9月、10月区域面平均雨量合计值与9－10月区域面平均地下水位变幅，相关程度最好。因此采用上述关系建立相关图，计算得出其相关精度。

3 结语

本次工作主要针对河北省子牙河古河道带孔隙水有咸水次亚系统小区地下水预测预报进行了研究，该区系平原浅层地下水超采区，以农业开采为主，大气降水、侧向补给为主要补给项，地下水开采为主要排泄项，总体来看地下水位受降水、开采量影响较大。

以相关分析法对研究区内地下水预测预报进行了研究，通过本次研究得出:

(1)11－6月份采用各月历年区域地下水平均变化幅度预测，其中1月份平均误差较大为0.60;4月份平均误差最小为 0.04，详见表 2。

表2 枯季各月平均误差

(2)7－10月份采用降雨－地下水位相关分析法，其中6－7月合计降雨量与7月末－6月末地下水变幅相关关系精度为0.85(去掉2005年和2009年两个异常值后所得)，6－8月合计降雨量与8月末－6月末地下水变幅相关关系精度为0.84，6－9月合计降雨量与9月末 －6月末地下水变幅相关关系精度为0.89，9－10月合计降雨量与10月末 －9月末地下水变幅相关关系精度最高为0.93。