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    保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究

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    徐步云, 杨会峰, 白华, 宋博, 孟瑞芳. 保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究[J]. 水文地质工程地质, 2023, 50(3): 23-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004
    引用本文: 徐步云, 杨会峰, 白华, 宋博, 孟瑞芳. 保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究[J]. 水文地质工程地质, 2023, 50(3): 23-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004
    XU Buyun, YANG Huifeng, BAI Hua, SONG Bo, MENG Ruifang. Spatial variability of free porosity in the groundwater level fluctuation zone in the Baoding Plain area[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2023, 50(3): 23-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004
    Citation: XU Buyun, YANG Huifeng, BAI Hua, SONG Bo, MENG Ruifang. Spatial variability of free porosity in the groundwater level fluctuation zone in the Baoding Plain area[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2023, 50(3): 23-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004

    保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究

    • 基金项目: 国家自然科学基金地质联合基金项目(U2244214);河北省创新能力提升计划高水平人才团队建设专项(225A4204D);中国地质调查局地质调查项目(DD20221752);中国地质科学院科研业务费项目(SK202118)
    详细信息
      作者简介: 徐步云(1997-),男,硕士研究生,主要从事水文地质与水资源研究。E-mail: 463343225@qq.com
      通讯作者: 杨会峰(1976-),男,博士,研究员,主要从事水循环研究与水资源区划。E-mail: yanghuifeng@mail.cgs.gov.cn
    • 中图分类号: P641.2

    Spatial variability of free porosity in the groundwater level fluctuation zone in the Baoding Plain area

    More Information
      Corresponding author: YANG Huifeng,  yanghuifeng@mail.cgs.gov.cn
      摘要
    • 科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水,水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层,南水北调工程通水后,随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进,保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题,但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差,因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据,确定水位变幅带的综合自由孔隙率,通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型,结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示:(1)保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性,主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。(2)综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区,极值可达0.25,数值向中部及东部逐步降低,最小降至0.02。(3)与惯用给水度值进行对比,自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03,约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06,变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。

      • 自由孔隙率  / 
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      • 保定平原区
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    • 图 1  研究区位置及采样点分布

      Figure 1. 

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      图 2  研究区地层岩性结构图

      Figure 2. 

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      图 3  2021年6月浅层地下水水位埋深图

      Figure 3. 

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      图 4  浅层地下水水位恢复阈值图(据文献[ 25]改)

      Figure 4. 

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      图 5  综合自由孔隙率直方图与Q-Q图

      Figure 5. 

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      图 6  水位变幅带综合自由孔隙率趋势效应图

      Figure 6. 

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      图 7  地下水水位变幅带综合自由孔隙率空间分布图

      Figure 7. 

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      图 8  浅层地下水给水度分布图(据文献[ 36]改)

      Figure 8. 

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      表 1  地下水水位恢复阈值指标体系

      Table 1.  Groundwater level recovery threshold index system

      地下水层位考虑要素目标水位埋深
      浅层大规模开采对地下水水位影响20世纪80年代水位埋深
      地下水水位降落漏斗区水位恢复20世纪80年代水位埋深
      大中型城市地下空间利用安全性20~30 m
      有利于降水入渗补给、地下水调蓄10~15 m
      地裂缝防控7~10 m
      盐渍化防控3~4 m
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      表 2  变异函数理论模型

      Table 2.  Theoretical models of the variation function

      模型公式变程块金值基台值
      球状模型
      指数模型
      高斯模型
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      表 3  综合自由孔隙率统计特征表

      Table 3.  Statistical characteristics of the comprehensive free porosity

      数据中值平均值标准差变异系数偏度峰度偏度标准误差峰度标准误差偏度Z评分峰度Z评分
      µ0.0900.1010.05453.70.6066−0.16380.2930.5782.071−0.283
      lnµ−2.408−2.4560.628−25.6−0.71030.13310.2930.578−2.4260.230
      Box-Cox−1.400−1.3870.175−12.60.0025−0.50780.2930.578−0.008−0.879
      注:Box-Cox变换中λ=0.50。
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      表 4  综合自由孔隙率正态性检验结果

      Table 4.  Normality test results of the comprehensive free porosity

      数据K-S检验S-W检验
      统计样本Sig统计样本Sig
      µ0.110670.0430.956670.018
      lnµ0.081670.2000.949670.008
      Box-Cox0.060670.2000.981670.418
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      表 5  不同趋势阶数插值误差比较

      Table 5.  Comparison of interpolation errors of different trend orders

      趋势模型预测误差
      阶数类型平均误差均方根误差平均标准误差标准化均方根误差平均标准误差
      0球状−0.000450.0345−0.02311.07530.0333
      指数−0.001640.0348−0.04970.98710.0368
      高斯−0.000310.0351−0.02541.16760.0309
      1球状−0.001130.0349−0.04791.11600.0322
      指数−0.001120.0345−0.04251.00930.0355
      高斯−0.001260.0352−0.04811.11520.0320
      2球状0.000630.0349−0.01061.08420.0332
      指数0.000500.0354−0.01751.04020.0347
      高斯0.000400.0347−0.01691.08740.0328
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      表 6  半变异函数类型及模型参数

      Table 6.  Types of the semi-variation function and model parameters

      模型类型趋势效应变程/m各向异性系数块金值基台值块金效应/%
      长轴短轴
      指数模型一阶24936.1521944.231.140.00010.01660.60
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    出版历程
    收稿日期:  2022-08-16
    修回日期:  2022-10-24
    刊出日期:  2023-05-15
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