屈澤偉, 張翼龍, 王貴玲*, 余 楚, 何雨江

1)中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院, 湖北武漢 430074;

2)中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北石家莊 050800

內(nèi)蒙古呼和浩特市承壓地下水水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化

屈澤偉1), 張翼龍2), 王貴玲2)*, 余 楚2), 何雨江2)

1)中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院, 湖北武漢 430074;

2)中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北石家莊 050800

定量評價地下水監(jiān)測網(wǎng)的合理性對于準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地獲取高質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)尤為重要。本文針對呼和浩特市平原區(qū)現(xiàn)行承壓水監(jiān)測網(wǎng), 以估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差作為衡量監(jiān)測網(wǎng)合理與否的特征參數(shù), 借助 ArcGIS地學(xué)統(tǒng)計模塊, 利用普通Kriging插值模型, 對待測點(diǎn)進(jìn)行插值, 獲取估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差等值線圖。結(jié)果表明: 監(jiān)測水位估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差范圍由優(yōu)化前的0.47～4.44變?yōu)閮?yōu)化后的0.5～0.8(除研究區(qū)西南邊界附近外), 研究區(qū)整體估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差顯著減小, 且全區(qū)范圍內(nèi)變幅較小。優(yōu)化后的監(jiān)測網(wǎng)在滿足監(jiān)測精度需要的同時, 能夠較大程度節(jié)省監(jiān)測網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用。研究成果為呼和浩特市平原區(qū)承壓水水位監(jiān)測提供一個較優(yōu)化的監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)方案, 進(jìn)而為研究區(qū)承壓地下水的合理開發(fā)利用以及相關(guān)環(huán)境地質(zhì)問題提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐, 具有重要的應(yīng)用價值。

承壓水; 地下水監(jiān)測網(wǎng); Kriging插值模型; 估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差

地下水動態(tài)監(jiān)測是從地下水系統(tǒng)中提取信息的有效方法, 這些信息能正確地反映地下水系統(tǒng)中水位、水量等要素的時、空分布, 為地下水的合理開發(fā)利用和科學(xué)管理提供依據(jù)。隨著地下水不合理的開發(fā)利用, 引發(fā)的環(huán)境問題日趨突出, 提高地下水監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測能力和監(jiān)測質(zhì)量已成為一種必然要求,這使得地下水監(jiān)測網(wǎng)在地質(zhì)環(huán)境工作中變得愈發(fā)重要(張翼龍等, 2012; 楊奉光, 2006; 周仰效等,2007)。

然而, 目前我國所運(yùn)行的地下水監(jiān)測網(wǎng)存在許多不足: 監(jiān)測井點(diǎn)幾何位置、分布密度的確定缺乏足夠的科學(xué)依據(jù); 監(jiān)測井網(wǎng)不能滿足地下水動態(tài)的監(jiān)測要求; 監(jiān)測數(shù)據(jù)豐富但有效信息匱乏等。如何能經(jīng)濟(jì)、合理、準(zhǔn)確地獲取滿足一定條件的地下水動態(tài)資料成為目前亟待解決的問題(陳家軍等, 1998;董殿偉等, 2007; 蔣慶, 2008; 邱元峰等, 2002; 郭占榮等, 1998; 陳植華, 2001; 梁國玲等, 2007)。

上述問題在呼和浩特市現(xiàn)行承壓水監(jiān)測網(wǎng)運(yùn)作過程中反映突出。為更科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地布設(shè)監(jiān)測井網(wǎng), 獲取信息含量高的監(jiān)測數(shù)據(jù), 本文利用普通Kriging插值法對研究區(qū)承壓水水位監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化配置。

1 研究區(qū)地下水水位監(jiān)測網(wǎng)的現(xiàn)狀

呼和浩特市自20世紀(jì) 60年代初以來, 就開始在城市水源地附近建立地下水監(jiān)測網(wǎng), 積累了大量的地下水動態(tài)監(jiān)測資料。目前, 研究區(qū)范圍內(nèi)共有承壓水水位監(jiān)測井40眼(張翼龍, 2012)。

目前研究區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)存在的主要問題如下:

(1)監(jiān)測井空間布局的隨意性和監(jiān)測井?dāng)?shù)量不合理性

監(jiān)測井布設(shè)位置隨機(jī)性強(qiáng), 主要表現(xiàn)在監(jiān)測井密集于西北部的城區(qū), 而在偏離城區(qū)的東部、南部區(qū)域缺少甚至沒有監(jiān)測井, 這就造成了局部信息冗雜而整體有效信息匱乏的尷尬局面。

(2)監(jiān)測網(wǎng)不能應(yīng)對特殊水文地質(zhì)邊界的變化

受人類活動大量開采承壓地下水的影響, 研究區(qū)承壓水天然流場已被分解成兩個局部地下水流動系統(tǒng), 僅依靠目前的監(jiān)測網(wǎng)無法掌握區(qū)域上地下水流系統(tǒng)變化的情況, 同時也無法掌控淤泥層邊界、無壓區(qū)邊界以及城區(qū)局部降落漏斗邊界的變化情況。

針對以上問題, 為獲得包含更多有效信息的監(jiān)測數(shù)據(jù), 必須對現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 Kriging插值模型

2.1 原理

Kriging法是建立在地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)上的一種方法, 區(qū)域化變量和半方差是Kriging插值法的基礎(chǔ),它是一種對時、空分布變量求最優(yōu)、線性、無偏內(nèi)插估計的方法(陶月贊等, 2003; Matheron, 1973)。根據(jù)已知監(jiān)測井的數(shù)據(jù), 對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析后, 利用待測點(diǎn)周圍監(jiān)測井的已知數(shù)據(jù)和被賦予的權(quán)系數(shù),進(jìn)行加權(quán)平均來獲得待測點(diǎn)的數(shù)值(何雨江等,2010)。

Kriging模型:

式中:Z*(x0)為區(qū)域化變量在x0點(diǎn)處的估計值;λi為Kriging權(quán)系數(shù)。

利用式(1), 在保證無偏性和最優(yōu)性的前提下,結(jié)合協(xié)方差定義, 并引入拉格朗日算法, 可得:

式中:r(xi,xj)為變差函數(shù);u為拉格朗日算子。

利用式(2)并注意方差函數(shù)、協(xié)方差函數(shù)、變差函數(shù)在本征條件下的轉(zhuǎn)換關(guān)系, 可得計算誤差的理論方差為:

根據(jù)實(shí)際需要給定方差臨界值σ02, 用現(xiàn)有監(jiān)測井算出各處理論上的σ2, 當(dāng)σ2<σ02時, 表示井網(wǎng)密度偏大, 需減少井點(diǎn)。當(dāng)σ2>σ02時, 表示井網(wǎng)密度偏小, 需增加井點(diǎn)。

2.2 變差函數(shù)

變差函數(shù)既能描述區(qū)域化變量的空間結(jié)構(gòu)性,又能描述隨機(jī)性, 它是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)計算的基本工具。理論上變差函數(shù)的表達(dá)式:

其中r(h)是兩個變量的交互半方差值(周在明等, 2011)。

當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)間距為h的數(shù)據(jù)對有M個時, 由xi及xi+h點(diǎn)的實(shí)測值計算變差函數(shù)為:

利用式(4)計算不同h對應(yīng)的r*(h), 再根據(jù)最佳曲線擬合原理進(jìn)行曲線擬合得到r*(h)關(guān)于h的最佳擬合曲線。常見的變差函數(shù)模型有: 球狀模型、高斯模型、指數(shù)模型。在計算變差函數(shù)的過程中要與具體的地質(zhì)條件相結(jié)合(矯希國, 1997)。

2.3 階數(shù)N的確定

在采用 Kriging法對某點(diǎn)地下水位進(jìn)行估計時,理論上整個研究區(qū)內(nèi)地下水位均需要參與計算。但實(shí)際上, 某一點(diǎn)地下水位只與相近區(qū)域的地下水位值有關(guān), 距離越遠(yuǎn)相關(guān)關(guān)系越小, 若所有點(diǎn)的地下水位值均參與計算容易產(chǎn)生病態(tài), 為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生, 研究中常采用“內(nèi)圈層”的 2到 5個監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行計算(劉治政等, 2010; 楊超, 2010)。

2.4 理論估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差的確定

在分析地下水監(jiān)測網(wǎng)密度時, 對于臨界方差值的選取, 目前我國尚無相應(yīng)規(guī)范規(guī)定, 在實(shí)際應(yīng)用中, 一般認(rèn)為當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)的誤差理論方差在0.5～0.6之間時, 即理論估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差在0.7～0.8之間, 地下水監(jiān)測網(wǎng)的密度能夠滿足實(shí)際需要且監(jiān)測網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用降到最低(楊超, 2010)。

3 呼和浩特市承壓地下水監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于呼和浩特市大黑河沖湖積平原淤泥層界限內(nèi), 屬于雙層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)即分為上部淺層地下水和下部深層承壓水, 地勢由北東向南西逐漸傾斜, 區(qū)內(nèi)的主要河流為大黑河、小黑河。

研究區(qū)內(nèi)深層承壓含水層主要為第四紀(jì)中更新統(tǒng)下段( Q1)含水層, 其分布面積為 1084 km2, 上覆中更新統(tǒng)上段( Q2)湖積相淤泥質(zhì)層, 其分布穩(wěn)定、

2連續(xù), 埋藏深度由東北部的20～25 m增加至西南部的40 m左右。連續(xù)、巨厚、穩(wěn)定的淤泥質(zhì)隔水層為承壓水水質(zhì)仍能基本保持天然的優(yōu)質(zhì)狀態(tài), 起到了極其重要的保護(hù)作用。含水層介質(zhì)以湖濱相粗碎屑物為主, 含水層顆粒粗, 厚度大, 單井出水量大, 為具有區(qū)域供水意義的含水層, 是呼和浩特市城區(qū)主要地下水開采層。由于北部山前單層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)地下水位大幅下降, 低于隔水層頂板的頂界, 淺水含水層在北部呈“無壓”狀態(tài), “無壓”區(qū)面積約 21 km2(見圖 3)。

研究區(qū)內(nèi)深層承壓含水層系統(tǒng)主要補(bǔ)給源為東部、北部山前側(cè)向徑流, 其排泄主要為人工開采。地下水位動態(tài)主要受人工開采影響, 其次為山前潛水側(cè)向徑流補(bǔ)給的影響。

3.2 承壓地下水監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化

3.2.1 變差函數(shù)的確定

根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)有40眼承壓井2010年的承壓水水位統(tǒng)測資料(張翼龍, 2012), 利用 ArcGIS地學(xué)統(tǒng)計模塊中Kriging插值模型, 通過選取不同模型以調(diào)參的方式對變差函數(shù)進(jìn)行多次人工擬合后, 得到高斯模型擬合的效果最好(圖1)。

為了保證擬合的效果, 進(jìn)行了交互檢驗, 結(jié)果見表1。

從表 1可以看出: 由于標(biāo)準(zhǔn)平均值接近于零,說明不存在系統(tǒng)偏差, 平均標(biāo)準(zhǔn)誤差和均方根接近,說明擬合的精度較好, 擬合各項指標(biāo)如表2所示:

綜上, 最終確定變差函數(shù)為:

3.2.2 增(減)監(jiān)測井前后估計誤差計算

利用 ArcGIS軟件地學(xué)統(tǒng)計模塊, 通過 Kriging插值模型分別對研究區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測井網(wǎng)和重新布設(shè)后監(jiān)測井網(wǎng)進(jìn)行檢驗分析評價, 估計任一點(diǎn)估計誤差的標(biāo)準(zhǔn)差, 進(jìn)而得到估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差等值線圖(圖 2和圖4)。由2

σ的表達(dá)式可以看出, 估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差僅與變差函數(shù)的類型和監(jiān)測井點(diǎn)的位置有關(guān), 而變差函數(shù)反應(yīng)地下水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性特點(diǎn), 對于特定的水文地質(zhì)條件, 變差函數(shù)是一定的。那么估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差僅與監(jiān)測井點(diǎn)的位置和數(shù)量有關(guān), 并與監(jiān)測井點(diǎn)分布密度呈反向關(guān)系, 即在監(jiān)測井點(diǎn)密度大的地方, 其值偏小; 反之則偏大。這就為確定監(jiān)測網(wǎng)最佳布設(shè)提供了理論依據(jù)。

圖1 變差函數(shù)擬合曲線圖Fig. 1 Fitting curve of variation function

表1 交互檢驗結(jié)果Table 1 Results of cross validation

表2 研究區(qū)域變差函數(shù)參數(shù)表Table 2 Parameters of the variogram

由圖2可以看出由呼和浩特市平原區(qū)現(xiàn)行承壓地下水監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測地下水位估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差整體偏大, 而局部偏小, 計算結(jié)果在0.47～4.44之間。尤其是以城區(qū)為界限表現(xiàn)得更明顯, 在西北部城區(qū)范圍內(nèi)估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差偏小, 而其它地區(qū)偏大, 這就說明研究區(qū)范圍內(nèi)監(jiān)測井分布極為不均勻, 其分布密度在局部偏大, 而整體偏小。

區(qū)域優(yōu)化目標(biāo): 優(yōu)化后的監(jiān)測網(wǎng)能在滿足監(jiān)測精度需要的同時, 較大程度上節(jié)省監(jiān)測網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用; 并能及時獲取承壓地下水水位動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),為呼和浩特市平原區(qū)承壓地下水系統(tǒng)科學(xué)管理以及環(huán)境地質(zhì)問題的防治提供科學(xué)依據(jù)。

為此, 在最大程度利用現(xiàn)有監(jiān)測井的原則下,對研究區(qū)內(nèi)監(jiān)測井進(jìn)行重新布設(shè)(圖3), 保留現(xiàn)有監(jiān)測井20眼, 在相應(yīng)的位置增加監(jiān)測井59眼, 共79眼, 布置原則:

①盡可能保證監(jiān)測井在研究區(qū)內(nèi)均勻分布;

②布設(shè)的監(jiān)測井應(yīng)盡量避開開采井, 以避免由于開采造成地下水水位波動的影響;

③于淤泥層邊界處, 在現(xiàn)有監(jiān)測井基礎(chǔ)上增設(shè)新的監(jiān)測井(Zc1、Zc10、Zc11、Zc17、Zc24、Zc30、Zc36、Zc37、Zc40、Zc43、Zc46、Zc39、Zc35、Zc29、Zc42、Zc43、Zc44、Zc45、Zc5、Zc2), 以共同監(jiān)測淤泥層邊界(即承壓水邊界)的遷移變化情況;

④于無壓區(qū)邊界處, 在現(xiàn)有監(jiān)測井基礎(chǔ)上增設(shè)新的監(jiān)測井(Zc1、Zc2、Zc3、Zc4、Zc5、Zc6), 以監(jiān)測無壓區(qū)邊界的變化情況;

⑤于城區(qū)地下水水位降落漏斗處, 按十字形布設(shè) 4條監(jiān)測線(1-1、2-2、3-3、4-4), 并在現(xiàn)有監(jiān)測井的基礎(chǔ)上, 增設(shè)新的監(jiān)測井(Zc8、Zc6、Zc1、Zc17),以共同監(jiān)測降落漏斗的發(fā)展趨勢;

圖2 優(yōu)化前估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差等值線圖Fig. 2 Contour diagram of the standard deviation of estimation error before optimization

⑥于地下水流動系統(tǒng)分水嶺處東西向布設(shè)一條監(jiān)測線(5-5), 并在現(xiàn)有監(jiān)測井基礎(chǔ)上于該監(jiān)測線上或附近增設(shè)新監(jiān)測井(Zc18、Zc19、Zc20、Zc21、Zc22、Zc23、Zc24、Zc25、Zc26、Zc27、Zc28、Zc42), 以共同監(jiān)測承壓地下水流場分水嶺的遷移變化情況。

⑦在工作區(qū)東部、南部單一結(jié)構(gòu)潛水區(qū)增設(shè)新的監(jiān)測井(Zc47、Zc48、Zc49、Zc50、Zc51、Zc52、Zc53、Zc54、Zc55、Zc56、Zc57、Zc58、Zc59), 用以計算研究區(qū)內(nèi)深層承壓水從單一結(jié)構(gòu)潛水區(qū)獲得的地下水補(bǔ)給量, 從而在整體上把握工作區(qū)承壓地下水流動系統(tǒng)的變化情況。

圖3 優(yōu)化后監(jiān)測井分布圖Fig. 3 The distribution of monitoring wells after optimization

圖4 優(yōu)化后估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差等值線圖Fig. 4 Contour diagram of the standard deviation of estimation error after optimization

由圖4可見依據(jù)上述原則對呼和浩特市平原淤泥層邊界內(nèi)的監(jiān)測井網(wǎng)進(jìn)行重新優(yōu)化布設(shè)后, 全區(qū)內(nèi)估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差明顯減少, 且在研究區(qū)大部分范圍內(nèi)估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差處于0.5～0.8之間, 能滿足實(shí)際監(jiān)測需要。

另外, 處于淤泥層內(nèi)邊界附近的監(jiān)測井點(diǎn)處的估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差大于 0.8, 可能的原因是: 由于四方搜索法要求利用“內(nèi)圈層”2～5個相關(guān)監(jiān)測井, 而這些點(diǎn)處于研究區(qū)邊緣, 在計算過程中會產(chǎn)生病態(tài)方程, 從而需要縮減 N數(shù), 導(dǎo)致出現(xiàn)較大估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差, 這是不可避免的。

總體上, 對比優(yōu)化前后的全區(qū)估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差,可以看出優(yōu)化后的監(jiān)測井網(wǎng)更為合理。

4 結(jié)論

本文借助ArcGIS地學(xué)統(tǒng)計模塊, 在對呼和浩特市平原區(qū)現(xiàn)行承壓地下水監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行定量評價的基礎(chǔ)上, 根據(jù)區(qū)域優(yōu)化目標(biāo)和井位布置原則對其實(shí)施優(yōu)化, 得到如下結(jié)論:

1)呼和浩特市平原區(qū)現(xiàn)行承壓水水位監(jiān)測網(wǎng)缺乏合理性, 估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差在監(jiān)測井集中的地方小,能滿足實(shí)際監(jiān)測精度的需要, 但同時因監(jiān)測網(wǎng)井點(diǎn)密度大, 加大了監(jiān)測網(wǎng)運(yùn)行成本。在監(jiān)測井少甚至沒有監(jiān)測井的地方估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差相當(dāng)大, 無法滿足實(shí)際監(jiān)測需要。

2)針對上述不足, 本文提出具體優(yōu)化原則, 得到較為合理的承壓水水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化方案: 保留現(xiàn)有監(jiān)測井20眼, 在相應(yīng)位置增設(shè)新監(jiān)測井59眼, 共79眼監(jiān)測井。優(yōu)化后的監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測水位估計誤差標(biāo)準(zhǔn)差較優(yōu)化前顯著減小, 且在全區(qū)內(nèi)變化較小。其值范圍在 0.5～0.8之間(研究區(qū)西南邊界附近除外),能在較大程度上節(jié)省監(jiān)測網(wǎng)運(yùn)行成本, 并同時滿足實(shí)際監(jiān)測精度的需要。

陳家軍, 王紅旗, 張征, 王金生. 1998. 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法在地下水水位估值中應(yīng)用[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), (6): 7-10.

陳植華. 2001. 地下水觀測網(wǎng)的若干問題與基于信息熵的研究方法[J]. 地學(xué)前緣, 8(1): 135-142.

董殿偉, 林沛, 晏嬰, 劉久榮, 葉超, 鄭躍軍, 萬利勤, 李文鵬,周仰效. 2007. 北京平原地下水水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 34(1): 10-19.

郭占榮, 劉志明, 朱延華. 1998. 克立格法在地下水觀測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 地球?qū)W報, 19(4): 429-433.

何雨江, 靳孟貴, 劉延鋒, 汪丙國. 2010. 南疆棉田表層土壤鹽分的空間變異特征分析與應(yīng)用[J]. 地質(zhì)科技情報, 29(6):90-92.

蔣慶. 2008. 地下水時空變化及監(jiān)測網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化研究[D]. 武漢:華中科技大學(xué).

矯希國. 1997. 變差函數(shù)參數(shù)的計算[J]. 地質(zhì)論評, 43(6):659-663.

劉治政, 吳曉東, 林洪孝. 2010. Kriging插值模型在地下水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 人民長江, 41(9): 14-17.

梁國玲, 張永波, 張禮中, 周小元, 張春英. 2007. 基于GIS的中國地下水資源空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J]. 地球?qū)W報, 28(6):572-578.

邱元峰, 羅金耀, 孟戈. 2002. 地下水觀測井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), (6): 38-41.

陶月贊, 鄭恒強(qiáng), 汪學(xué)福. 2003. 用Kriging方法評價地下水監(jiān)測網(wǎng)密度[J]. 水文, 23(2): 46-48.

楊奉光. 2006. 烏魯木齊河區(qū)域地下水監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化[D]. 烏魯木齊:新疆大學(xué).

楊超. 2010. 銀川平原地下水水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[D]. 西安: 長安大學(xué).

張翼龍. 2012. 呼和浩特市(市區(qū))地下水資源保護(hù)與開發(fā)利用調(diào)查評價項目成果報告[R]. 石家莊: 中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所.

張翼龍, 陳宗宇, 曹文庚, 李政紅, 王文中, 王麗娟, 于娟, 劉君.2012. DRASTIC與同位素方法在內(nèi)蒙古呼和浩特市地下水防污性評價中的應(yīng)用[J]. 地球?qū)W報, 33(5): 819-825.

周仰效, 李文鵬. 2007. 區(qū)域地下水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì), (1): 1-9.

周在明, 張光輝, 王金哲, 嚴(yán)明疆. 2011. 環(huán)渤海低平原水土鹽分與水位埋深的空間變異及協(xié)同克立格估值[J]. 地球?qū)W報,32(4): 493-499.

CHEN Jia-jun, WANG Hong-qi, ZHANG Zheng, WANG Jin-sheng.1998. Geostatistical approach to groundwater level estimation[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, (6): 7-10(in Chinese with English abstract).

CHEN Zhi-hua. 2001. Some confusions in groundwater monitoring network and the entropy method[J]. Earth Science Frontiers,8(1): 135-142(in Chinese with English abstract).

DONG Dian-wei, LIN Pei, YAN Ying, LIU Jiu-rong, YE Chao,ZHENG Yue-jun, WAN Li-qin, LI Wen-peng, ZHOU Yang-xiao. 2007. Optimum design of groundwater level monitoring network of Beijing Plain[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 34(1): 10-19(in Chinese with English abstract).

GUO Zhan-rong, LIU Zhi-ming, ZHU Yan-hua. 1998. The Application of Kriging Estimation to the Optimal Design of Groundwater Observation Network[J]. Acta Geoscientica Sinica,19(4): 429-433(in Chinese with English abstract).

HE Yu-jiang, JIN Meng-gui, LIU Yan-feng, WANG Bing-guo. 2010.Spatial variability of soil salt on the surface of cotton fields in the south of Xinjiang[J]. Geological Science and Technology Information, 29(6): 90-92(in Chinese with English abstract).

JIANG Qing. 2008. Research on Spatio-temporal Changes of the Groundwater and Monitoring Network Muti-objective Optimization[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology(in Chinese with English abstract).

JIAO Xi-guo. 1997. A new method for calculating parameters of the variogram[J]. Geological Review, 43(6): 659-663(in Chinese with English abstract).

LIU Zhi-zheng, WU Xiao-dong, LIN Hong-xiao. 2010. Kriging interpolation model and its application in optimization of groundwater level monitoring network[J]. Yangtze River,41(9): 14-17(in Chinese with English abstract).

LIANG Guo-ling, ZHANG Yong-bo, ZHANG Li-zhong, ZHOU Xiao-yuan, ZHANG Chun-ying. 2007. The Construction of Spatial Database for Groundwater Resourcein China Based on GIS[J]. Acta Geoscientica Sinica, 28(6): 572-578(in Chinese with English abstract).

MATHERON G. 1973. The intrinsic random function and their applications[J]. Advances in Applied Probability, 5: 429-468.

QIU Yuan-feng, LUO Jin-yao, MENG Ge. 2002. Optimal design of the groundwater observation-wells network[J]. Hydrogeology& Engineering Geology, (6): 38-41(in Chinese with English abstract).

TAO Yue-zan, ZHENG Heng-qiang, WANG Xue-fu. 2003. Assessment for Density of Groundwater Network using Kriging[J]. Hydrology, 23(2): 46-48(in Chinese with English abstract).

YANG Feng-guang. 2006. Design of a groundwater level monitoring network for Urumqi river aera[D]. Urumqi: Xinjiang University(in Chinese with English abstract).

YANG Chao. 2010. Optimum design of groundwater level monitoring network of Yinchuan plain[D]. Xi’an: Chang’an University(in Chinese with English abstract).

ZHANG Yi-long. 2012. Report of Hohhot (urban area), groundwater resource protection and development and utilization of the investigation and evaluation[R]. Shijiazhuang: Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences(in Chinese).

ZHANG Yi-long, CHEN Zong-yu, CAO Wen-geng, LI Zheng-hong,WANG Wen-zhong, WANG Li-juan, YU Juan, LIU Jun. 2012.The Application of DRASTIC and Isotope Method to the Evaluation of Groundwater Vulnerability in Hohhot, Inner Mongolia[J]. Acta Geoscientica Sinica, 33(5): 819-825(in Chinese with English abstract).

ZHOU Yang-xiao, LI Wen-peng. 2007. Design of regional groundwater level monitoring networks[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, (1): 1-9(in Chinese with English abstract).

ZHOU Zai-ming, ZHANG Guang-hui, WANG Jin-zhe, YAN Ming-jiang. 2011. Spatial Variability of Soil Salinity, Total Dissolved Solid and Groundwater Depth Based on Cokriging in the Low Plain around the Bohai Sea[J]. Acta Geoscientica Sinica, 32(4): 493-499(in Chinese with English abstract).

The Optimization of Monitoring Networks for Confined Water in Hohhot, Inner Mongolia

QU Ze-wei1), ZHANG Yi-long2), WANG Gui-ling2)*, YU Chu2), HE Yu-jiang2)
1)School of Environmental Studies, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan, Hubei430074;
2)Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences,Shijiazhuang, Hebei050800

The quantitative evaluation of the rationality of the groundwater monitoring network is particularly important for the precise acquisition of high quality monitoring data. In this paper, the existing monitoring networks for confined water in Hohhot plain area was chosen as the research target and the standard deviation of estimation error was adopted as the parameter for evaluating the rationality of the monitoring networks. With the aid of ArcGIS geological statistical module, the interpolation was performed on the study points by dint of Kriging interpolation model to acquire the contour line of the standard deviation of the estimation error. The results show that the standard deviation of the estimation error of the monitoring water level changed from 0.47～4.44 (before optimization) to 0.5～0.8 (after optimization, except for the area near the southwest boundary of the study area).The overall standard deviation of the estimation error significantly decreased. The optimized monitoring network can satisfy the monitoring accuracy and, at the same time, the operation cost of the monitoring network can be reduced to a large extent. The research results can preliminarily provide a better optimizing monitoring well layout scheme for the confined water-level monitoring of the Hohhot plain, and can provide reliable scientific

data for future research on the rational development and utilization of confined water and the related environmental-geological problems, which will be of high practical importance.

confined water; groundwater monitoring network; Kriging interpolation model; standard deviation of estimation error

P641.132; O241.3

A

10.3975/cagsb.2013.02.09

本文由國家973項目“華北平原地下水演變機(jī)制與調(diào)控”(編號: 2010CB428802)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目“全國地下水資源及其環(huán)境問題調(diào)查評價”子項目“河套平原地下水資源及其環(huán)境問題調(diào)查評價”(編號: 1212010913010)聯(lián)合資助。

2012-08-26; 改回日期: 2012-11-12。責(zé)任編輯: 張改俠。

屈澤偉, 男, 1986年生。碩士研究生。主要從事地下水科學(xué)與環(huán)境方面的研究。E-mail: qzw_cug@126.com。

*通訊作者: 王貴玲, 男, 1964年生。研究員, 博士生導(dǎo)師。主要從事水資源與地?zé)嵫芯?。E-mail: guilingw@163.com。