丰镇井水位变化与降雨量的关系研究

丁风和，哈媛媛

（1.内蒙古自治区地震局，内蒙 呼和浩特 010010;2.内蒙古大学交通学院，内蒙 呼和浩特 010010）

丰镇井水位变化与降雨量的关系研究

丁风和1，哈媛媛2

（1.内蒙古自治区地震局，内蒙 呼和浩特 010010;2.内蒙古大学交通学院，内蒙 呼和浩特 010010）

在结合丰镇井区域水文地质条件的基础上，分析了井水位变化与降雨量的关系。研究结果表明：开展水位 （年初值、年末值、年极大值、年极小值、年际变幅和极值变幅）与年降雨量的关系研究，对区域震情的跟踪和判定具有十分重要意义。

丰镇井；水位与降雨量；关系

0 引言

井孔的地下水位变化是在多种综合因素影响下形成的。 就其影响原因来说，主要有降水渗透、人工注水、地下水开采等引起含水层的水量增减及地球固体潮、气压变化、降雨及地表荷载、断层蠕动等造成的含水层水压力的变化。关于上述干扰因素问题，国内外的许多学者就进行了深入的探讨。降水入渗补给作为地下水的主要补给源，研究降水与水位的关系，主要是分析由于降水入渗引起的地下水位的变化。丰镇井作为一口地震地下流体专用观测井，主要受降雨量、季节性洪水以及侧向径流补给等影响。本文主要研究丰镇井水位趋势变化与降雨量的关系，目的在于搞清该井水位的干扰因素及其干扰规律和排除干扰的方法，为震情的跟踪和判定提供有利的科学依据。

1 井点基本情况

丰镇CK11井地处丰镇市北郊饮马河西岸二级阶地上，由乌盟水利处水勘队1974年9月成井，含水层为第三系中上新统砂砾岩，地下水类型为承压水，井孔深98.99 m。1988年1月投入观测 （图1）。2007年1月17日采用北京中科光大自动化技术有限公司的地震观测井数据监测系统开始观测，数字观测结果真实反映了水位的变化。

2 区域水文地质情况

本区地质构造属于阴山纬向构造带，岱海─黄旗海断陷带是区内的主要活动构造单元，由岱海和黄旗海断陷盆地及其周缘断裂构造组成，呈北东─南西向展布。断陷带区内主要发育北东、北北东和北西向三组断裂构造，其中断陷带南北两侧的北东向断裂为主体活动断裂构造 （图2），控制着断陷带的构造形态、形成演化和区域地形地貌特征。新生代以来上述三组断裂都有程度不同的活动，四周山地不断抬升，岱海盆地、黄旗海盆地大幅度下沉。现今地震空间分布总体受断裂带控制，多出现在北东、北西、北北东三组活动断裂的交汇处。地质构造复杂，中强地震比较频繁。

图1 丰镇井水文地质剖面图Fig.1 hydrographic geology section of Fengzhen well

图2 异常井位置及周边地质构造Fig.2 abnormity well position and peripheral geologic structure

境内有黄河、水定河、内陆河三大水系。主要河流有17条，其中内陆河9条，外陆河8条。河流特点是流程短，总水量小，含沙量大，冰冻期长。另外，季节性洪沟在有些地方也比较发育。就该井而言，南部、西部的低山丘陵和玄武岩台地为重要补给源。

3 水位和降雨量关系分析

1999年以来，丰镇井水位一直持趋势上升状态。对1999年以来丰镇井水位和该地区的年降雨量进行统计分析并依据相关性分析结果进行了回归值计算，发现一元线性关系是反映丰镇井水位和该地区的年降雨量的最佳模型。

3.1 水位和降雨量的关系

在上述丰镇井水位与年降雨量一元线性分析的基础上，主要从丰镇井水位的年初值、年末值、极大值和极小值与降雨量的关系中，研究水位和降雨量的正常关系以及异常特征。需要说明的是，年初值和年末值是指1年统计时段内，水位的第1个观测值和最后1个观测值。年末值与下一年度年初值分属于不同统计时段，但其水位数值可能非常接近；年极大值和年极小值是指1年统计时段内，水位的最大观测数值 （是水位最低时的观测值）和水位的最小观测数值 （是水位最高时的观测值）。年初值、年末值、年极大值和年极小值可以从水位仪观测数据和数据时序曲线中得到。从图3、图4可以看出，1999年至2010年丰镇井水位的年初值、年末值、极大值和极小值分别与年降雨量的线性关系都比较强，反映出水位的变化与年降雨量的变化是同步的 （降雨量减少，水位则下降）。相反地，1996、1998年该井水位的年初值、年末值、极大值和极小值分别与年降雨量的关系都明显地偏离了正常的线性关系，这种偏离很有可能反映了1996年5月3日包头6.4级地震和1998年1月10日张北6.2级地震前后水位的异常变化特征。

图3 丰镇井水位 （年初、年末）与年降雨量关系Fig.3 relationship between Fengzhen well water level(beginning of the year,end of the year)and annual rainfall

3.2 水位变幅及降雨量对水位的贡献率分析

依据1996年以来丰镇井水位的年初值、年末值、极大值和极小值，分别求取了该井水位的年际变幅 （年初值与年末值之差）和极值变幅 （极大值与极小值之差）。同时，利用水位极值变幅和年降雨量得到了降雨量对水位的贡献率 （水位极值变幅与年降雨量的比值）。具体统计结果见表1。从表1可以看出，1997～1999年丰镇井水位的年际变幅和极值变幅的绝对值都超过了0.1，远远高于其它年份。另外从降雨量对水位的贡献率来看，2000年以来,降雨量对丰镇井水位的贡献率均值为0.22，1997～1999年的贡献率高出均值1倍以上。因此，丰镇井水位的年际变幅、极值变幅和降雨量对水位贡献率的高值异常，并非是降雨量唯一引起的，1998年1月10日张北6.2级地震前后区域引力场的调整很可能是引起水位的年际变幅、极值变幅和降雨量对水位贡献率的高值异常的主要原因。

图4 丰镇井水位 （年极大值、年极小值）与年降雨量关系Fig.4 relationship between Fengzhen well water level (annual maximum value,annual minimum value) and annual rainfall

表1 丰镇井水位变幅及降雨量对水位的贡献率Table 1 Fengzhen well water shift and rainfall amount to water level technical progress factor

4 讨论与结论

丰镇井在日常运行中，主要受降雨量、季节性洪水以及侧向径流补给等因素的影响。开展水位 （年初值、年末值、年极大值、年极小值、年际变幅和极值变幅）与年降雨量的关系 （是否偏离正常的线性关系）研究，对于准确把握震情具有一定的指导意义。本文在研究降水与丰镇井水位的关系有如下发现：

（1）1999年以来丰镇井水位和该地区的年降雨量存在明显的一元线性关系。

（2）1999～2010年丰镇井水位的年初值、年末值、极大值和极小值分别与年降雨量的线性关系都比较强，反映出水位的变化与年降雨量的变化是同步的 （降雨量减少，水位则下降）。相反地，1996、1998年该井水位的年初值、年末值、极大值和极小值分别与年降雨量的关系都明显地偏离了正常的线性关系，这种偏离很有可能反映了1996年5月3日包头6.4级地震和1998年1月10日张北6.2级地震前后水位的异常变化特征。

（3）1997～1999年丰镇井水位的年际变幅和极值变幅的绝对值都超过了0.1，远远高于其它年份。另外从降雨量对水位的贡献率来看，2000年以来，降雨量对丰镇井水位的贡献率均值为0.22，1997～1999年的贡献率高出均值1倍以上。因此，丰镇井水位的年际变幅、极值变幅和降雨量对水位贡献率的高值异常，并非是降雨量唯一引起的，1998年1月10日张北6.2级地震前后区域引力场的调整很可能是引起水位的年际变幅、极值变幅和降雨量对水位贡献率的高值异常的主要原因。

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Study of Relationship between Fengzhen well water and rainfall

DING Fenghe1，HA Yuanyuan2

(1.Earthquake Administration of Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010010,China;2.Traffic College of Inner Mongolia University,Hohhot 010020,China)

Based on regional hydrogeological conditio n of Fengzhen well,analyzing the relationship between well water and the rainfall.The result indicated that research on the relationship between water level(annual beginning value,annual end value,annual maximum value,annual minimum value,annual variability and extreme value amplitude)and the annual rainfall has extremely significant to track and predict region earthquake situation.

Fengzhen well;Water level and rainfall amount;Relationship

P315.72

A

1001-8662（2012）01-0035-06

2011-10-14

2009年度震情跟踪合同制定向工作任务资助项目 (2009020902)

丁风和，男，1977年生，硕士.主要从事地震分析预报与研究工作.E-mail:dingfenghe@126.com.