石家庄市深层地下水超采区水位变化研究_杨晓清.pdf

水 利 改 革水 利 改 革收稿日期：2022-09-20作者简介：杨晓清，女，汉族，石家庄市水资源综合服务中心，工程师。杨春雷，男，汉族，石家庄市水资源综合服务中心，工程师。石家庄市深层地下水超采区水位变化研究杨晓清杨春雷石家庄市深层地下水超采区位于赵县东部、晋州南部，涉及范庄、谢庄、营里 3 个乡镇，总面积 77.6km2。深层超采区地下水位监测点彭六佐站位于晋州营里镇东侧辛集市田家庄乡彭六佐 村 南，距 离 辛 集 与 晋 州 交 界 处 约500m。2021年第二季度石家庄市深层地下水位较上年同期下降 2.37m，第三季度仍未见好转，与上年同期平均水位相比下降 2.65m，直至 10 月中旬，水位基本恢复至 2020 年水平。因此，对该深层超采区及附近相关区域近年地下水位变化情况进行分析研究，查找深层超采区水位变化原因，为巩固地下水超采综合治理成果，深化地下水超采综合治理提供借鉴。1.深层超采区水位变化情况为分析比较近年水位变化情况，将彭六佐监测点 2020年与 2021年日监测数据进行对比见图 1。由图可见，5 月10 月，2021 年 地 下 水 位 显 著 低 于2020 年，但基本形态一致，符合以农业开采为主的地下水位年内变化特征。3月初为年内水位最高值；之后春季灌溉开采地下水，水位开始大幅度下降；雨季后地下水接受降水入渗补给，同时开采量减小，水位开始回升，直至次年 3月春灌前恢复至最高。此期间受秋灌和冬灌的影响，水位可能出现小幅度波动。近两年水位动态曲线，基本可分为以下 4个阶段：1 月3 月：水位恢复阶段。本阶段两年地下水位标高值较接近，因无大规模用水，从年初至 3月一直处于上升阶段，3 月初进入大规模农业灌溉期后，地下水位开始逐步下降。4 月6 月：水位下降阶段。2020年地下水位在 5月处于小幅回升阶段，6 月再次下降，至 6 月末为年内水位最低值；2021年 5月、6月地下水位持续下降，无回升期，年内最低水位较 2020年下降约 2m。7 月10 月中旬：水位回升阶段。本阶段 2021年水位回升速率高于 2020年。与 2020 年相比，2021 年 6 月后降水充沛，未出现下降阶段，但由于 6 月末地下水位偏低，本阶段水位仍低于2020 年。直至 10 月中旬，水位基本恢复至 2020年水平。10 月中旬后12 月：水位持续上升阶段。本阶段 2021年地下水位高于2020 年同期水位，且呈持续回升的状态。2020年水位在 10月中旬11月中旬略有下降，之后再次回升。综上，2021年 5月10月中旬深层地下水位低于 2020 年，导致石家庄市深层地下水超采区第二季度和第三季度水位情况低于上年同期。5 月、6 月份的水位持续下降，为导致下半年水位偏低的直接原因。2.研究区域降水情况对比彭六佐站 2020年和 2021年月降水数据可以看出，2020 年降水主要集中在 5 月9 月、2021 年主要集中在7月10月。3.研究区域降水与深层超采区监测站点水位变化分析根据以往水位动态及降水的相关性分析，该超采区地下水位动态类型为降水入渗农业开采型，基本特征为春季灌溉开采地下水，水位开始大幅度下降，夏季降水量增大，地下水位回升，响应期略有滞后。地下水位随着农业生产阶段对地下水的需求量而变化，出现幅度不同的下降和回升。地下水位下降始于 3月初的春灌，至 6月降至最低，为水位持续下降期，雨季后地下水接受降水入渗补给，同时地下水开采量减小，水位开始回升，直至次年 3 月春灌前恢复至最高。此期间受秋灌和冬灌影响，水位可能出现小幅度波动。降水与农业开采是影响该区域地下水位年内变化的重要原因。将近两年月降水数据与地下水位变化情况结合分析，2020年 5月平均降水 76mm，地下水位出现一次小幅回升；8 月降水量 184mm，当月地下水位回升速率较快。2021 年上半年降水量较少，尤其是春灌后水位下降阶段，该时段几乎没有有效降水，6 月平均降水量仅 30mm。2021年 6月前为异常干旱天气，导致农业开采量加大，地下水位持续下降。7月10月降水量较大，地下水位抬升迅速，由于地下水位恢复的滞后，直至 10 月中旬才恢复上年水位水平。该区域农业灌溉用水主要以开采地下水为主，由于 2021 年上半年整体有效降水偏少，导致农业灌溉用水需求量加大，灌溉次数及灌溉用水量较上年增加，也是造成地下水位下降迅速的原因之一。4.周边区域深层地下水位影响分析石家庄市地下水深层超采区位于石家庄与辛集市、邢台市的交界处，邻近河北省深层地下水复合漏斗边界，受辛集市南部的小型地下水漏斗影响较大。从深层地下水位等值线图（2020年 12 月）可以看出地下水流向为自西北向东南，并且在超采区周边，辛集市16水 利 改 革水 利 改 革2020年月均降水量2021年月均降水量一2020年水位2021年水位图 1彭六佐监测水位与降雨量关系示意图图 2区域深层地下水位等值线图及监测点位置示意图飞作业。飞机相对地面行高不大于 150m，获取影像的分辨率优于 5cm，航向重叠度为 80%，旁向重叠度为 70%，并对坝址等重点区域采取正摄飞行和斜 45飞行。根据航飞方案和测区地形条件，为保证三维模型成果精度，平地每 300m左右布设一个像控点，山上像控点适当加密见图 2。实际选点时像控点应位于无遮挡开阔处，像控点需预先进行布设，对于困难地区，需要提前制作固定标靶作为像控点。项目共采集像控点145个，精度为图根级，采用 GNSS RTK的作业方法进行采集。2.2三维模型和线划图生产影像处理采用 contextcaptrue软件，首先将影像数据导入软件，进行多视角影像特征点密集匹配，并以此进行区域网的自由网多视影像联合约束平差解算，建立空间尺度可以适度变形的立体模型，完成相对定向。结合像控点成果，在内业环境中进行转刺，然后对区域网模型进行约束平差，最后将区域网纳入到精确的大地坐标系统中，完成绝对定向。空中三角测量结束并检验合格后，将测量后的成果数据直接提交生成三维 TIN 格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建。三维模型坐标和高程系统与地形图一致。切块格式采用规则平面格网切块，每个切块大小为 400m400m，数据格式为OSGB。三维模型生产完成后，首先利用检查点检验其平面和高程精度，并需要对存在漂浮物和建筑物扭曲等质量问题的瓦片进行编辑修复，以保证三维模型直接美观的可视化效果，见图 3。测 量 人 员 采 用 南 方 公 司 生 产 的idata 软件依据三维模型采集高程点和绘制地物。但在受植被覆盖影响较大的区域，模型高程精度较低，地物难以分辨，需要结合 RTK 和免棱镜全站仪外业实测高程点和地物调绘数据，编辑生成最终的地形图成果，见图 4。3.可靠性分析为保证数据的可靠性，测量人员利用 RTK 和全站仪测量了不同地形地貌的多个检测点，通过对野外实测点和立体采集的同一特征点进行比较，计算其中误差值。此次检测共选取房角、道路交叉点等 30 个平面检查点，50 个高程检测点（平地点 28个，山地点 22个），检测点均匀分布在测图区域。经过对数字线划图平面和高程精度进行统计分析，可以满足项目 1 1000 比例尺地形图的测图要求，见表 1。4.结语结合涉县茅岭底水库工程测量项目，探讨利用多旋翼无人机航测技术，在山区水库建设中利用三维模型和数字线划图的可行性。项目采用无人机航飞结合倾斜摄影测量技术的作业方式，不仅为工程提供了直观清晰的三维实景模型，而且提高了地形图的生产效率，降低了外业测量的劳动强度。在相同的人力条件下，地形图的生产时间由传统测量方式所需的 2 个月减少到十几天。经过项目的实际验证，多旋翼无人机结合倾斜摄影测量技术，能够达到山区裸露地表的 1 1000比例尺地形图的测量要求，满足水库初步设计需求，但对于植被覆盖密集且面积较大的区域，该技术存在较大的局限性，需要其他测量技术进行辅助进行。（接第 48页）南部地区存在小规模地下水漏斗，见图2。5.结论及建议石家庄市地下水深层超采区监测井水位年内动态变化主要受区域农业灌溉用水影响，自 3月初春灌开始下降直至雨季前，达到年内最低水位，之后随着降水补给和开采量减少，水位逐步抬升恢复。2021 年上半年，超采区及周边区域缺少有效降水，农业灌溉用水量增多、灌溉次数增加，加之超采区下游部分市、县仍有取用深层地下水灌溉的情况，使得上半年研究区域地下水位呈现下降趋势，下降速率和下降幅度均较上年偏大。下游深层地下水位持续下降，导致超采区地下水向下游补给量增大，加之自身灌溉用水增多和缺乏降水补给等，多个原因叠加导致深层超采区 5月、6月水位持续下降。监测点地下水位下降目前仍受区域农业灌溉影响，建议继续加大地下水超采综合治理力度，强化地下水取用管控措施，压减超采区周边及下游地区农业深层地下水开采量，对于有可替代水源的地区，使用替代水源或调整农业用水开采层位，停用深层地下水。17