河北平原地下水动态特征 - 图文

2015.5 中国地质大学（武汉）本科毕业论文

潜水面

表3-2观测孔植被覆盖情况和灌溉状况统计表（刘绍华，2013）

观测孔 植被覆盖情况

Gpw01 小麦、玉米

Gpw02 小麦、玉米 130m-310m含水层

Gpw03 无植被覆盖 石津灌渠

Gpw04 小麦、玉米 120m-350m含水层

Gpw05 无植被覆盖

Gpw06 杨树、果树

Gpw07 小麦、玉米 河水、80m含水层

灌溉时间

每年3月中旬-4月上旬，5月中旬-6月上旬，9月下旬-10月上旬

图3-1各观测点的钻孔柱状图（刘绍华，2013）

灌溉水源 150m-200

m含水层

无灌溉 衡水湖

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3.2水位与大气压监测

在观测孔处布置了高灵敏度（精度0.5cm）的自动水位计levelogger进行大气压、地下水位的动态监测。如图3-2所示位于井口的水位计监测大气压动态，位于潜水面之下的水位计监测水位动态。levelogger 采用的是压力传感的原理设计而成，当大气压发生变化时，该仪器能够及时的记录下大气压值（水柱高度/cm）；当地下水位发生波动时，该水位计不仅记录了水压力值还记录了大气压波动变化。二者之间监测的动态变化理论上应略有差异，这主要是因为地下水位动态是外界各种因素激励的综合响应结果。自动水位计大气压与水位监测的频率为30min/次。

图3-2 大气压、地下水位动态监测装置

3.3 地下水位动态分析

通过对典型观测孔地下水埋深的高频监测，获取了相应地下水位埋深动态曲线如下图所示。采用的数据是通过读取钻孔区投放的水位计得来，在刘绍华分析的2011.7-2012.10的水位动态数据的基础上延伸至今，根据不同需要探讨多方面的水位动态特征。由于水位计每30min输出一次，随着水文年的延伸，埋深数据具有繁冗性、波动性、随机性。解决这一问题需要采用滑动平均法对埋深数据进行处理。滑动平均法的基本思想是：根据时间序列资料，逐项推移，依次计算包含一定项数的序时平均值，以反映长期趋势的方法[16]。因此，随时间序列变化的埋深值由于受周期变动和随机波动的影响，发展趋势较易受到干扰，使用滑动平均法可以消除这些因素的影响，显示出水位动态变化趋势。绘制的埋深随时间变化曲线已具备了多个水文年数据特征，宏观上水位埋深出现了周期性的波动。

3.3.1不同地貌单元的水位埋深变化

根据空间地理的不同，按山前倾斜平原、中部冲湖积平原、东部滨海平原分类绘制典型观测孔的水位埋深动态曲线如图3-3所示。

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（1）山前冲洪积倾斜平原水位埋深动态曲线

选取山前倾斜平原的观测孔Gpw01、Gpw02，绘制Gpw01（石家庄）2013.12-2015.4水位埋深动态曲线和Gpw02（辛集市）2012.8-2014.4水位埋深动态曲线如图3-3（a）、（b）所示。

7m

（a）Gpw01（栾城-水位初始埋深43.6m）2013.12-2015.4水位埋深动态曲线

0.7m

（b）Gpw02（辛集-水位初始埋深39.02m）2012.8-2014.4水位埋深动态曲线

（2）中部冲湖积平原水位埋深动态曲线

选取中部冲级平原的观测孔Gpw04、Gpw05，绘制Gpw04（深州市）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线和Gpw05（衡水）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线如图3-3（c）、（d）所示。

3m

（c）Gpw04（旱作所-水位初始埋深7.46m）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线

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1. 5m

（d）Gpw05（温泉宾馆-水位初始埋深3.68m）2012.7-2015.3水位埋深动态曲线

（3）东部滨海平原水位埋深动态曲线

选取东部海积平原的观测孔Gpw07，绘制Gpw07（禹城）2011.7-2012.9水位埋深动态曲线如图3-3（e）所示。

2m

（e）Gpw07（禹城-水位初始埋深1.96m）2011.7-2012.9水位埋深动态曲线

图3-3典型观测孔水位埋深动态曲线

从多个水文年的变化趋势来看，各观测孔的埋深动态曲线具有相似的特点：宏观上雨期（7~9月）水位埋深变浅，会出现一个水文年中的主波峰。受灌溉期（5~6月、9~10月）影响明显的观测孔（Gpw04），会在灌溉期出现次波峰；影响不明显的Gpw05在7月-次年2月埋深平缓变浅，3~6月埋深变深逐渐恢复初始状态。变化趋势具有相似性之外，部分观测孔也具有独特性：（1）分布在山前平原的观测孔埋深普遍较大，一般在30~40m之间。曲线波动强烈，变化规律性强，且位于扇顶的Gpw01埋深最大变幅7m明显大于冲积扇边缘（Gpw02）和其他浅层井埋深变幅（1~2m）。（2）中部湖积平原的水位埋深在3~7m之间。对比Gpw04与Gpw05的变化趋势可知：Gpw04埋深变化的总体趋势比较平稳，波动小，在长时间尺度上无突增突降变化。受灌溉影响，会在5月前后出现次波峰，年水位最大变幅2m左右；Gpw05的埋深曲线呈波动性变化，相比受雨期影响较小，无明显抬升的同时，埋深变化受灌溉影响突出，9月~次年2月地下水位明显抬升，3~7月呈波动性下降趋势，年水位变幅1.5m。（3）滨海平原Gpw07的埋深2m左右，一个水文年中会出现多个波峰波谷、波动性强，突增突降明显。由于滨海平原水位埋深较浅的原因，对各响应因素的灵敏度高。一般灌溉的3月和雨期的7月，水位会明显上升，变化幅度2m左右。

3.3.2水位埋深的年内变化

由于高频地下水位数据的繁冗性大、波动性强，取一个月数据的平均值作为当月的水位埋深，

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