２００１年第２期水文地质工程地质２１大庆油田西部地区地下水动态监测网优化设计秦延军，宋雷鸣，刘梅侠，刘金和（大庆油田水文地质工程公司。黑龙江大庆１６３４５８）摘要：大庆油田地下水动态监侧网（用水文地质定性方法建立）历经３０多年的开采，需要进行定Ｉ优化设计。本次研究采用卡尔曼毯波技术与地下水流系统确定一随机性数值模型相执合的方法，首先对现有监侧网进行质量评价．计算结果表明：监测网在偏斗区（地下水集中开采区）应增加监侧孔的数目，调整监侧孔的位皿。为此，我们拟订了６套１２个备选方案，从中选取了由＋＃．＇个监侧孔组成的监侧网，此监侧网无论从监侧目标上还是经费上都是最优的。关扭词：地下水动态监测网；卡尔曼他波；地下水流系统确定一随机性数值模型中圈分类号二Ｐ６４１．７４文献标识码：Ａ文，编号：１０００－３６６５（２００１）０２．００２１－０４Ａｂｓｔｒａｃｔ； Ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｅｒｇｉｍｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ Ｄａｇｉｒｇ， ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｅｓｔａｂｉｌｉｓｈｅｄ坊ｗａｙ ｏｆ Ｈｙｄｒａ－ｇｅｏｌｏｇｉｃ ａｐｐｒｏａｃｈ， ｒｅｑｕｉｒｅｄ ．ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｆｔｅｒ ｈａｖｉｎｇ ｂｅｅｎ ｏｐｅｒａ目玩￣如ｒｔｙ ｙｅａｓｒ．扮￣成ｃ－ｂｍｏ嗯ｋ汕ｎｅｎ口ｔａｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ山ｔｅｒｍｉｎｉｓ－ｔｉｃ－ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｍａｅｍｈ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ山ｅ ｅｉｘｓｔｉｎｇ ｒｇｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｅｒｇｉｍｅ ｏｂｓｅｒ－ｖａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｖｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ｏｂｓｅｖｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｌａ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｅ ｅｒｇｉｏｎ ｏｆ ｇｍｕｎｄｗａ－ｔａｒ ｌｅｖｅｌ ｄｅｐｍｅｗｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｓｅｖｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｌｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｊｕｓｔｅｄ． Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｐｕｒｐｏｓｅ， ｗｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｉｘ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｅｔａ ｏｆ润姐（ｔｗｅｌｖｅ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｏｎｅｓ） ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔ ａｍｏｎｇ ｔｈｅｍ ｏｎｅ ｐｌａｎ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｏｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ ｅｉｇｈｔｙ－ｅｉｇｈｔ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｗｅｌｌｓ．Ｔｈｉｓ ｐｌａｎ ｉｓ ｏｐｔｉｍａｌ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｆｏｒ ｆｕｌｆｄｌｉｎｇ ｔｈｅ ｏｂｓｅｖｒａｔｉｏｎ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｇｏｒｕｎｄ－ｗａｔｅｒ ｅｒｇｉｍｅ ｏｂｓｅｒｖａｉｔｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ； ｋａｌｍａｕ ｆｌｉｔｅｒｉｎｇ； ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｉｔｃ－ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｈｏｗｓｙｓ ｔｅｍＹ弓！言采条件下，现有监测网的估计误差标准差的分布。２．２现有地下水位动态监侧网的质ｔ分析 大庆油田自开发建设以来，就以开发地下水作为在现有孔分布的条件下， 运用卡尔受雌波和地下主要供水来源，特别是油田西部地区，担负着油田的主水流数值藕合模型（件彦卿，１９９２）计算出研究区估计要供水任务，３０多年的地下水开采，目前已形成了较误差标准差的分布，其等值线图如图２所示。大范围地下水水位降落漏年。为对地下水开发进行科从图２中可以看出， 在地下水位降落漏斗区标准学管理，在研究区已建成了初步的地下水动态监测网差很大，一般大于０．８ ｍ，最大达１．７ ｍ左右。在西部（用水文地质定性的方法），经过多年的运行，需要对其边界也大于０．８ ｍ，在北部和南部地区。由于地下水水进行定量优化设计。力坡度较小，标准差均小于０．４ ｍ．其余地区均在０．６２现有地下水动态监测网质，评价二左右，全区３８３个节点，总平均０．６５ ｍ．根据研究区地下水动态监侧网的目标及地下水管理因素，在全区研究区现有地下水动态监测网由３８个监测孔组 标准差临界值选取０．６ ｍ，在边界处或某些随机参数成，监侧频率为每月一次（图ＩＬ较大区可允许稍高些，因为对边界关注程度较低，且隔２．１地下水动态监测网的目标水边界对于标准差影响较大。重点关注的是研究区内大庆西部地区地下水位动态监测网的目标是在人 地下水集中开采区，即地下水位降落扮斗扩展范围。工开采条件下对地下水流系统进行有效地管理。这种在临界值标准差条件下，很明显，现有地下水动态监侧管理目标要休现在技术目标上，就是用尽可能少的经孔在地下水位降落漏斗区数量较少，难以较高粉度提费、人力投人，获取足够的水文地质信息量。取地下水信息，重点在漏斗区调整监测孔的分布，增加这个技术目标的定量化指标为估计误差标准差最 监测孔在此范围内的数量。小。因此，评价现有监测网的质量，就是要研究现有开收藕日期：２０００．０９－０８－，－－一Ｉ”幽一｝一淮自万方数据２２水文地质工程地质２００１年第２期圈１现有的地下水动态观侧网 Ｍｇ． Ｉ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍａｐ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ注：由３８个监侧孔组成，监侧倾率为每月Ｉ次 ５２０２７４３４０６３４７８５２６１６４ＯＩ｀Ｖ一００１：｝６－’Ｑ．，０怂１１１０５０ １２８９２５１７５４２８９２１３００１３８００ ２１６７５ ３９５５０ ５７４２５ ７５３００ ９３１７５ 图２研究区现有监测网估计误差标准差等值钱圈《ｍ）ｏｎｔｏｕｒ ｍａｐ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｎｅｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ （ｍ）Ｆ５ｇ．２ Ｔｈｅｃ３备选方案的制订 备选方案制订的前提是：（１）以现有监测网质量分析为基础；（２）以估计误差标准差的临界值为标准；（３）考虑研究区水文地质条件和地下水流系统特征；（４）拟大于０．６６ ｍ，最大可达１．４ ｍ，这说明估计误差的标准差分布与地下水位降落漏的分布呈正相关关系。全区订方案时分别考虑单因素对监侧网的影响，然后综合多因素影响程度分析，优选最佳方案。根据这些原则，我们拟订了６套１２个备选方案，进行最佳方案的试探分析与对比。第一方案：该方案基本上按均匀布孔思想来设计 总平均估计误差的标准差位０．５９ ｍ。从该结果看出，按临界标准差为０．６ ｍ分析，北部、南部应减少监侧孔（地下水水力坡度较缓，含水层厚度较厚），中部为地下水水位降落漏斗分布区，地下水水力坡度较陡，含水厚度相对较薄。从此方案研究还可看出，地下水位动态监洲网的设计不应按距离均匀布孔，应考虑水文地质条件及开采状况。这是因为卡尔曼撼波和地下水流数监侧网，未考虑水文地质条件。该方案中监测孔由６６个组成，监侧频率为每月一次。运用卡尔曼滤波模拟算法计算该方案下估计误差的标准差，其结果为，研究区南部地区估计误差的标准差均小于０．４ ｍ，北部地区也小于０．４ ｍ，而地下水位降落漏斗靠近中心区均值藕合模型中估计误差的标准差不仅是距离的函数，而且是地下水流特征的函数（这里说明一点，单一的卡尔曼滤波模型中估计误差的标准差仅是距离的函数）。第二方案：该方案在第一方案枯计误差的标准差 分析的基础上，考虑了研究区的水文地质条件及开采状况。在地下水水位降落诵斗中心区增加监侧孔数—一一一，ｒ一一一一一一一一１石万方数据２００１年第２期水文地质工程地质２３ 量、在研究区北部、南部减少监侧孔数量，并尽量考虑第四方案：该方案以上述三个方案为基础，综合考 现有地下水位动态监测孔，以保证监测的连续性。该虑了研究区的水文地质条件，地下水开采现状，地下水方案设计了５９个监测孔，监测频率为每月一次。通过位降落漏斗分布及我们关心的开采区监侧间题，以第计算得出该方案比第一方案少了７个监测孔，监测孔三方案为基础，调整、设计测孔。设计了两个７６个孔在空间上的分布是不均匀的，充分考虑了水文地质条组成的地下水位动态监测网，一个７８个监测孔组成的件及开采状况，其估计误差的标准差的分布优于第一地下水位动态监测网，一个８０个监测孔组成的地下水方案，降落漏斗中心区的标准差稍有降低，但仍大于临位动态监测网，一个８５个监侧孔组成的地下水位动态界标准差。全区总的平均估计误差标准差为０．５８ ｍ监侧网。但计算结果中仍有个别处高于０．６ ｍ的临界（小于第一方案的０．５９ ｍ）。这一方案的研究表明，合值。理布设监测孔可以以较少监测孔而获得较高精度的足 第五方案：在前几个方案的基础上，我们设计了２够多的水文地质信息量。种由８个监侧孔组成的地下水位动态监侧网（监测孔第三方案： 该方案在第二方案估计误差的标准差数目相同，但位置不同），其估计误差的标准差分布如分析的基础上，重点考虑了研究区的地下水水位降落图３和图４所示。漏斗中心区。设计了６９个监侧孔，监测频率为侮月一 图３中可看出，除有个别地方未达到监侧目标外，次。从计算结果可以看出，尽管在地下水位降落漏斗９５％的地区满足监侧目标。为此，又设计了另一个由中心区增加了６个监测孔（在第二方案的基础上）计８个孔组成的地下水位动态监侧网（监测孔数目不算结果估计误差的标准差在地下水位降落漏斗中心区变，仅调整个别监侧孔的位置）。得到了如图４所示的仍存在大于０．ｓｍ。全区总平均估计误差的标准差为枯计误差的标准差等值线图。０．５６ ｍ。此方案仍不能满足监测目标。５２０２７４３４０６厅ｂ２６１６４。奈｝３４７８５Ｃ０Ｃ１７５４２８９２１３０３０１８００２１６７５ ３９５５０ ５７４２５ ７５３００３１７５ １１１０５０１２８９２５圈３ 规划地下水位监侧网估计误差标准差等值找《 也）ＦＹｇ．３ Ｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｍａｐ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ血ｐｌａｎｎｅｄ ｏｂｓｅｖｒａｔｏｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ（ｍ）注：由８ ８个监讨孔组成，监侧抓率为每月１次 从图４中看出，估计误差的标准差的分布除个别以找到最优方案，我们又设计了２种由９３个孔组成的不感兴趣的边界（重点区为地下水位降落漏斗区）处大地下水位动态监侧网，从计算结果可以看出，总的标准于０．６ ｍ的临界值外，全区都小于０．６ ｍ．每个节点平差分布比第五方案并无多大改观，仍在感兴趣的局部均估计误差的标准差等于０．５ ｍ，比较以上ｎ种方案，存在大于０．６口的标准差，每个节点平均标准差为此方案为最优方案，其最优地下水位动态监测网如图０．４９ ｍ，增加了Ｓ个监测孔，节点平均标准差改进了５所示。２％，局部区城存在超值，这个方案次于第五方案。进第六方案： 为了进一步证明增加监侧孔是否还可一步证明了所选方案的合理性与经济性。一一丁——．玉翻｝Ａ｝一一一万方数据．２４水文地质工程地质２００１年第２期５２０２７４３４０６３４７８５２６１６４１７５４２Ｒ９２ｔ”｝．２娜Ｃ２１６７５ ３９５５０ ５７４２５ ７５３００ ９３１７５１１１０５０ １２８９２５３９３Ｏ８ＩＬ００ 图４规划地下水位监测网估计误差标准差等值线线图（ｍ）Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｍａｐ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｎｅｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ（ｍ）注：由８８个监侧孔组成监侧频率为每月１次 图５最优的地下水动态监测网Ｆｉｇ． ５ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍａｐ ｏｆ ｏｐｔｉｍａｌ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ４最优化地下水位动态监测网的确定 经过以上各种备选方案的分析，得出如图４和图５的地下水位动态监测网标准差分布和最优监侧孔分布。该方案推荐为最优地下水位动态监测网。该方案由８８个监侧孔组成，监测频率为每月一次，监测孔的平均密度为每５１ ｋ．｝一个监侧孔。推荐的最优地下水位动态监测网有以下优点： （１）最优地下水位动态监测网中的监测孔合理地 分布在研究区内，可以监侧地下水位降落漏斗的未来扩展；（ ２）在最优地下水位动态监测网中尽可能地保留了绝大部分现有监侧孔。现有３６个监测孔可以继续监测，以获取长期监测序列，保证为分析地下水位随时间的变化趋势提供较长的时间序列；（ ３）在最优地下水位动态监测网中尽可能地考虑了先前已有多年监侧资料的监侧孔，由于某些原因废弃中断监侧的监测孔（１４个），这些可保证监测的部分连续；（４）在用卡尔曼滤波模拟算法设计地下水位动态 监测网中，充分考虑了研究区含水层系统特点、地下水流系统特点及水源地开采状况。在地下水位降落肠斗中心区，地下水位空间变化很大，因而设计的地下水位动态监侧网密度最高。在研究区北部和南部，含水层厚度大，地下水开采较少，地下水水力坡度平缓，因而设计的地下水位动态监测网密度很低。（５）最优地下水位动态监侧网由最少的监侧孔组 成。研究区内从１９７１年开始建立地下水位动态监测网，从１９７４年监侧，先后建立了由１１５个监测孔组成的地下水位动态监侧网，由于废弃原因，到目前为止为一—万方数据一一一一下一一－￣一－－－一ｅ ｝一 ｉ２００１年第２期水文地质工程地质未来上海地区海平面上升对土压缩模量的影响分析杨红禹’，田春德｝ （１．中国人民理工大学工程兵工程学院，南京２１０００７；２．电力环境保护科学研究所，南京２１ ０００７）摘要：未来上海地区海平面上升将引起地下水位抬升，将会对土压缩模量Ｅ产生影响。Ｅ，是土的最重要的物理力学参数指标之一，尤其在地基沉降计算中具有重要惫义。本文主要针对土压缩模量Ｅ的预测分析工作，进行了地基变形的探讨研究．供交流参考。关甘词：海平面上升；地下水位；地基沉降；压缩模量中圈分类号：Ｔ０４４文献标识码：Ａ文童编号：１０００－３６６５（２００１）０２－００２５－０３Ａｂｓｔｒａｅｔ： Ｔｈｅ ｒｉｓｉｎｇ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｔａｂｌｅ ｃａｕｓｅｄ场ｔｈｅ ｓｅａ ｌｅｖｅｌ ｒｉｓｅ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｒｅｇｉｏｎ ｗｉｌｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ（瓦）．瓦ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｄｅｘ ｐａｒａｍｅｔｅｓｏｆ ｒ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ａ ｇｒｅａｔ ｐａｔｒｉ ｎ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｅａｌｓ，１山ｔｈｅ ｅｆｅｃｔ ｏｆ ｇｏｒｕｎｄｗａｔｅｒ ｔａｂｌｅ ｒｉｓｉｎｇ ｏｎ尽．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｓｏ ｉｎｖｏｌｖｅ ｍａｔｔｅｒｓｏ ｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎｌｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｃａ ｌｅｖｅｌ ｒｉｓｉｎｇ； ｒｇｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｔａｂｌｅ； ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ； ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｙｔ，１海平面上升对上海地区的影响 由于上海地区地面高程普遍较低（１．５一２．０ｍ，最低处仅０．７ｍ），地面沉降使城市地面标高更低，排水能力降低，因此海平面上升高潮位变化易引起风暴潮和工程实测资料，对未来上海地区海平面上升，进而地下水位上升引起的土压缩模量的变化程度以及地基沉降进行预侧，并提出一定的对策和防治措施。２上海地区地下水位抬升的研究情况当海平面上升时，使地下水向海洋或通海河流排 泄的水头势降低，引起地下水排泄量减少，相应抬升了洪涝灾害，并使其发生频率增加、破坏力增加〔‘〕。同时海平面上升亦引起海岸侵蚀以及咸水人侵，并直接使许多防御工程及建筑物的防御功能大大降低ｔ３］，由此引发的工程地质问题包括岩土体变形、滑坡、崩塌以及砂土液化等Ｄｌ。由于温室效应以及全球暖化引起的海平面上升激发了一系列的地质灾害，有关地基沉降部分的预测研究尚未进行，本文旨在针对这一空缺，结合收稿日期：２０００－０６．０２；修订日期二２０００－０９－０８作者简介：杨红禹（１９７４－），女，硕士学位，讲师，主要研究方向为人防工程。地下水水位；另一方面，在上海地区，黄浦江、苏州河直通长江三角洲人海口，其两岸的地下水位不可避免地遭受潮水涌人的影响，河口潮汐作用加强，潮位高于地下水位时产生倒灌现象，抬升地下水位（特别对靠近岸边的地层）。地下水位抬升已成为一个不容忽视的问题。上海市水利局海平面上升课题组以吴淞验潮站 ８２ａ长系列实测资料为基础，采用时间序列的统计叠加模型分析研究了上海地区８个主要沿江沿海验潮站３８个监测孔。新设计的地下水位动态监测网由８个监测孔组成，从监测目标和经费上来看，都是最优的。参考文献：［１〕李官锡， 贾洪利等．大庆西部地区地下水补给条件及水质的研究【Ｒ］． １９９２．［ ２ ｌ ｌ． Ｂｅａｒ著地下水水力学［Ｍｌ．北京：地质出版社，１９８５． ］’［ｊ５［ｊ６［叫贾沛璋等．最优估计及其应用【Ｍ〕．北京：科学出版社，１９８９．高钟敏等．工程系统中的随机过程—随机系统分析与最优掩波【Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９８９．许彦卿．地下水动态观侧网及其优化设计方法研究［Ｄ］．西安地质学院，１９９２．件彦卿等．地下水动态观侧网的优化设计【Ｍ］成都：科技大学出版社，１９９３．［３］件彦卿． 地下水动态观侧网优化设计方法综述Ｕ］．西安地质学院学报， １９９２，（１）．幼．： 离岩松万方数据
