摘要 随着人们生活水平的提高，其环境意识不断增强，水资源安全与环境保护也越来越受到重视[1]。秦皇岛地区城市区以地表水为主要供水水源，而县城、乡镇、村庄生活用水、农业用水和
随着人们生活水平的提高，其环境意识不断增强，水资源安全与环境保护也越来越受到重视[1]。秦皇岛地区城市区以地表水为主要供水水源，而县城、乡镇、村庄生活用水、农业用水和部分乡镇企业用水以地下水为主要供水水源。由于地下水连年开采，导致地下水位降落漏斗、海水入侵、水质污染等地质环境问题日显突出，而地下水监测将有助于及时了解海水入侵发展趋势、水质污染发展状况，因此加强该地区地下水监测和科学管理显得尤为重要[1]。
1研究区概况
1.1地质及水文地质条件
1.1.1地形地貌秦皇岛市地形北高南低，以50m等高线界定，北部为低山丘陵区，南部为平原区。低山丘陵区地面标高一般在50～600m，海拔在1000m以上的山峰有都山、祖山等4座，最高峰为都山，海拔1846m[2]。平原区地面标高1～50m，平坦开阔，南部沿海有滨海平原分布。
1.1.2地质条件京山铁路以北出露地层主要为太古代的变质岩，中-上元古代的碳酸盐岩及碎屑岩、粘土岩等，古生代的碳酸盐岩、碎屑岩夹灰岩等，中生代的火山岩、沉积岩等，新生代第四纪的砂、粉土、粉质粘土等松散岩类零星分布在河流沟谷、山间盆地，沉积厚度薄。京山铁路以南出露地层主要为新生代第四纪松散岩类，且从北向南沉积厚度越来越大，昌黎平原最深达500多米。
1.1.3水文地质条件根据本市地下水含水介质、水动力特征、赋存形式及埋藏条件的不同，将地下水划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、岩浆岩、变质岩及碎屑岩类裂隙水三种类型。1)松散岩类孔隙水含水岩组。主要分布于广大的平原及山间盆地，山间河谷两侧。岩性为第四系冲洪积的粘土、砂、砾卵石等。在盆地及山间河谷地带，地下水的赋存受盆地的大小、河谷形态、沉积宽度、厚度、结构等控制。含水层厚度一般为2～10m，水位埋深1～4m，水量较小。平原区第四系沉积厚度大，按其地质时代划分了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个含水岩组，其地质时代划分别相当于Q4、Q3、Q2、Q1。2)碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组。碳酸盐岩类裂隙岩溶水可分为裸露型和覆盖型。裸露型岩溶水主要分布在柳江盆地河谷两侧，水量较大，水位埋深5～80m不等。覆盖型岩溶水主要分布于柳江盆地石门寨附近，含水层多为双重结构，上部为松散岩类孔隙水，下部为岩溶裂隙水，寒武系、奥陶系灰岩是本区强含水层，水量较大。3)岩浆岩、变质岩及碎屑岩类裂隙水含水岩组。分布在广大的山区，根据含水岩组的结构特征分为层状裂隙水和网状、脉状裂隙水。层状裂隙水赋存于长城系、蓟县系和青白口系碎屑岩构造裂隙中[2]，由于泥岩和砂岩呈互层状产出，地下水往往具有承压性。网状、脉状裂隙水在太古代变质岩和元古代混合花岗岩构造裂隙中，含水比较均匀，多呈潜水类型，富水性差[2]。
1.2浅层地下水开发利用现状
秦皇岛市平原区浅层水利用段为第四系含水层的第Ⅰ含水组和第Ⅱ含水组，开采起止深度为3.11～80m。本区平原由滦河、饮马河、洋河、戴河、汤河以及石河冲洪积扇组成。滦河、饮马河冲洪积扇顶部利用含水层位以第Ⅰ含水组为主，井深30余m，冲洪积扇中、下部以第Ⅰ、Ⅱ含水组为主，井深100m左右。在洋河、戴河、汤河、石河冲洪积扇顶部利用层位多为第Ⅰ含水岩组，井深20余m，冲洪积扇中、下部仍以第Ⅰ含水层为主，少数地域为Ⅰ、Ⅱ含水岩组，井深40m左右。本市山区浅层水主要分布在河流两岸及沟谷地带，第四系含水层主要为砂砾卵石，厚度多小于10m，开采方式以大口井为主。
2平原区地下水监测网络优化设计
2.1地下水监测现状
秦皇岛市地下水位监测井级别分为三级:国家级、省级和市级;监测井类型为机民井和温泉，没有专门监测井和地下暗河。监测点共计156个，其中城市区48个，平原区83个，山区25个。浅层地下水监测井分布图1。地下水位监测手段均为人工监测，无自动监测。国家及省级监测点为自测和委托观测，分布于市区及附近的22眼观测井为自测，委托群众监测井33眼，监测频率均为3次/月;市级监测点101眼，为自测，监测频率均为2次/年。秦皇岛市平原区面积2133km2，2016年浅层地下孔隙水监测井共有62眼，监测井密度为2.9个/100km2，不满足规范要求;山区面积5679km2，其中柳江盆地、燕河营盆地、卢龙盆地和青龙河支流河谷面积283.96km2，2016年浅层地下孔隙水监测井共有7眼，监测井密度为2.46个/100km2，满足规范的要求，其余5395km2，基岩裂隙水和碳酸盐岩裂隙岩溶水监测井有3眼，0.056个/100km2，不满足规范要求。
2.2地下水监测井优化设计原则和方法
2.2.1设计原则区域地下水位监测网设计应遵循以下原则:1)区域控制，监测点(水井和泉)的布设应有利于掌握整个区域的地下水位动态;2)点线结合，监测点(水井和泉)的布设应能够反映含水层的分布特征与地下水的补给、径流、排泄规律、有利于识别地下水系统特征;3)分层监测，监测点(水井和泉)的布设应突出主要开采层及易于污染和支撑生态系统的浅层含水层;4)经济合理，监测点(水井和泉)的布设应符合区域经济社会发展水平和对监测数据的需求;5)监测点密度应考虑水文地质条件复杂程度、含水层类型以及地下水开发利用程度等;6)全自动监测频率一般不小于1次/小时。非自动化监测频率可进行地下水位监测频率设计，一般为1次/月。
2.2.2设计方法根据区域地下水位监测网设计规范(DZ/T0271-2014)，在一般条件下，采用地下水动态综合分区图法进行监测网设计。在已有监测网密度较高的地区，可在地下水动态综合分区图法进行监测网设计的基础上，采用克里金(Krig-ing)插值法对监测网密度进一步优化调整。
2.3地下水监测井优化布设
根据《区域地下水位监测网设计规范(DZ/T0271-2014)》，本地区山区水文地质条件简单，地下水开采程度低，区域地下水监测网设计密度裂隙水为0.1个/100km2，孔隙水1.5个/100km2，昌黎山前冲洪积平原和卢龙南部平原、洋河、戴河、汤河、石河山前冲洪积平原水文地质条件中等，地下水开采程度高，孔隙水设计密度为2.5个/100km2，昌黎冲洪积平原和滨海平原水文地质条件复杂，地下水开采程度高，孔隙水设计密度为3.0个/100km2。运用Arcgis计算全区平原浅层地下水的插值估计误差的方差，介于200～6500之间，见图2。新增浅层地下孔隙水监测井85眼，加原有浅层监测井共有147眼，见图3。优化全平原区浅层地下水监测井，优化后插值估计误差方差介于0.1～0.5之间，见图4。说明优化后平原区浅层地下水的长期监测井满足精度要求，布局合理。
2.4地下水监测网络优化效果评价
目前大多数地下水监测网络优化效果评价都是采用克里金法，其原理是统计学理论中的克里金方差值越高，该区域克里金估计不确定性越大，说明该区域需要增加监测的密度，因此，克里金法能定量地评价地下水监测网密度的合理性，一个最优的监测网计算的方差应当是最小的[3][4]。经计算，全区平原浅层地下水新监测井网的克里金方差介于0.1～0.5之间，而原监测井网的克里金方差介于200～6500之间，所以优化后的监测井网明显优于原监测井网。事实上，从监测井数量和分布图来看，新监测井网分布更加均匀，更能够体现地下水运移的空间连续性，监测数据也将更能满足该地区地下水资源管理的要求[5]。设计新增山区基岩裂隙水监测井3眼，碳酸盐岩裂隙岩溶水监测井2眼，加现有监测井3眼共8眼，山区碳酸盐岩面积411km2，基岩面积4984km2，设计监测井密度岩溶水为0.73个/100km2，基岩裂隙水为0.1/100km2，满足规范要求。
3结语
(1)基于秦皇岛地区地质水文地质条件和地下水开发利用现状，优化设计了该地区地下水监测网络，优化后的地下水监测网络有效控制了地下水时空动态特征，综合考虑了含水系统分布特征和主要水环境问题的监测需求。(2)采用克里金插值法，按照动态分区法布设监测井的原则，在平原区设计布设85眼浅层地下水监测井;按照动态分区法布设监测井的原则，设计山区基岩裂隙水监测井3眼，碳酸盐岩裂隙岩溶水监测井2眼。(3)国家级监测井监测频率为1次/5天;省级监测井10个在5-7月份监测频率为1次/5天，其余为1次/10天;市级监测井为2次/年。新设计监测井监测频率按照规范要求采用非自动化监测时，为1次/月。
参考文献
[1]郑王琼.雷州半岛地下水监测网络优化设计.安全与环境工程.2017-24(01):95-99.
[2]谢亚琼，杜立新，等.河北省秦皇岛市地质环境监测报告(2006-2010年).
[3]周仰效，李文鹏.区域地下水位监测网优化设计方法.水文地质工程地质.2007.1.
[4]郭燕莎，王劲峰，殷秀兰.地下水监测网优化方法研究综述.地理科学进展.2011.09.(30).9.
[5]郝文辉，杨立顺，回广荣，等.秦皇岛市地下水地质环境监测网络优化方案.2017.1.
《地下水监测网络优化设计探究》来源：《地下水》，作者：程建雄 郝文辉 回广荣 贡长青
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