第五章 地下水观测研究
地下水是重要的水源，又是影响涝碱的重要因素。
河南省西北、西、南均为山区，东和东北部为广阔的冲积平原，平原区面积占全省的53.1%。解放前，河道淤积，排水不畅，涝灾严重。50年代末期，受错误治水方针的影响，只引缺排，使地下水位上升，涝碱面积扩大，影响了豫东、豫北平原区的农业产量。70年代，为了农业灌溉，又大量打机井抽取地下水，使某些地区采补失调，形成地下水漏斗区。为了搞好地下水的合理开发利用和科学管理，必须进行地下水观测研究。探索地下水的自然规律，分析地下水动态，发布预报，开展资源评价，给机井建设及其经济建设提供可靠依据。
第一节 观测井网的建设、规划和管理
一、 井网的建设和规划
建国前，河南省无地下水观测井网。1953年在人民胜利渠(引黄灌区)由管理部门布设了部份观测井，观测引黄灌溉引起的地下水位变化。1955年河南省农林厅水利局在马颊河南乐水文站、金堤河五爷庙水文站的左右两岸各设3眼基线井，研究河水与地下水的关系。1957～1959年间，河南省水利厅水文总站先后在海河流域的合河、汲县、淇门、道口、西元村、安阳等水文站，黄河流域的大车集水文站，长江流域的黑山头、南阳、内乡、急滩、半店、泌阳、唐河等水文站，淮河流域的太康、玄武、唐砦、砖桥、永城、黎集、固始、鲇鱼山等水文站附近，各设立一眼地下水观测井，其目的仍在于探索河水与地下水的补排关系。1963年起在太行山前横跨黄河布设3条地下水基线观测井，涉及海河黄河淮河三个流域，探索太行山前平原及跨河流两岸的地下水分布情况。七十年代后半期及八十年代，河南省平原地区机井灌溉有了很大的发展。配套机井由1965年的13192眼发展到1979年的506300眼，井灌面积占有效灌溉面积的比例从1965年的36.7%发展到1979年的52.3%。随着机井灌溉的迅速发展，地下水开采量1979年达到80.7亿m3,在此形势下,省各级领导部门迫切要求能及时撑握广大平原地区的地下水动态变化情况,调度灌溉,并为机井建设规划提供资料,1971年省水利厅和省地矿局共同筹建全省平原区地下水观测井网,每县布设3～5眼,由各县水利局领导,委托气象站、水文站观测，或委托当地人员观测，以便及时掌握平原区地下水动态。1972年资料经整编刊印的地下水观测井为405眼。以后又陆续增加了一些观测井。1975年起经省水利厅与地矿部门协商，将各县设立的地下水观测井统一由省水利厅水文总站管理，统一井网布局、管理以及测报、资料整编刊印和服务。1979年水电部水文局制定颁发的《地下水观测试行规定》的贯彻执行，地下水观测和资料整编刊印等工作逐步走向正规。1981年全省地下水观测井已发展到1779眼，观测项目从单一的埋深、水位发展到水位、水量、水质、水温等项目。由于省级观测井密度要求较稀，而地县特别是县级要求较密，如省地县均用同一套观测井网资料，势必井数太多，资料整编刊印任务繁重，管理费用增加，为了解决此矛盾，河南省进行了分级管理的办法,省级观测井由省统一管理,资料由省统一整编刊印，地县如感井网不足，可自行布设管理，资料自行整编刊印。1982年采用金光炎教授提出的相邻站相关分析的方法，经分区精简分析和整理、规划，确定了河南省地下水观测井网，至1987年底整编刊印的地下水观测井为1413眼(其中逐日观测井141眼，五日观测井为1272眼)，含观测项目井开采量81眼，水温118眼，常规水质279眼，污染监测55眼。
1987年6月水电部水文局在鞍山召开了地下水观测井网规划研讨会，同年9月水电部以[
1987]水电水文字第8号文“关于开展北方地下水观测井网规划工作的函”及其附件《地下水观测井网规划要点》下达，要求北方各省区市在对现有地下水观测井网进行全面调查的基础上，进行地下水观测井网的规划。
根据河南省自然地理条件，区域水文地质条件、水利建设情况以及当前生产要求，经综合考虑，确定河南省地下水观测井网的分区。
岩溶山丘岗台区
1、山丘岗台区 一般山丘区
一般岗台区
豫北亚区
黄淮海平原区 豫东亚区
豫南亚区
一般平原区
2、平原区 南阳盆地平原区
河谷平原区——伊洛河平原及灵宝、三门峡盆地平原区
除以上分区外，另有灌区、地下水下降漏斗区、地方病区等。
规划的原则为：以原有观测井网为基础，根据存在问题逐井排队，尽量保留质量好的资料系列长的观测井，对其他的观测井分别调整、撤销、改级以符合井网规划要求;并以平原为主，山丘岗台区也应适当布设;国家统一规划井与地方规划井相结合，根据地方需要再增设一定数量的辅助井，如城市深层地下水动态井等;基本井(包括区域基本井、主副观测线基线井)与专用井(河道水库侧渗基线井，山前侧向基线井、地下水下降漏斗区井)、试验井及辅助井相结合;地下水观测井网应以掌握浅层潜水动态为主，但亦应适当掌握深层承压水动态;全省共设立基本井1469眼(其中包括逐日观测井网133眼)，基本井网中又包括地下水温观测井网192眼，常规地下水质观测井网213眼，污染监测井网78眼，地方病水质井网12眼，开采量观测井网188眼。除基本井外，须设立专用观测井网(包括河道、水库、山前侧渗基线井、下降漏斗观测井)118眼，试验井50眼，辅助观测井162眼。
二、 井网的管理
50年代部份水文站兼测地下水埋深。1963年太行山前横跨黄河的3条基线观测井，统由河南省水文总站管理。七十年代初随着机井建设发展建立起来的各地下水观测井，则分别由各县水利局农水部门管理，经费亦由各县开支。地市一级则由水文总站下属各有关分站管理，每个分站设1～3人专职或兼职人员，直到当前仍维持此种管理形式，总站则由有关科室(监测室后为水资源室)设3～4人专管，省水利厅每年拨一定数量的地下水经费给总站作为指导全省地下水观测工作以及购置必要仪器设备、资料整编刊印等费用，并适量下拨各分站作管理经费。在管理方法上，一般每年由总站召开一次各分站参加的地下水工作会议，总结上年成绩、经验、教训和研究存在的问题，部署本年工作，并表彰先进，地市水利局与水文分站相应的召开会议，平时观测工作定期或不定期检查，以便及时发现问题加以解决。
为了加强对全省地下水观测和管理工作人员的业务技术指导，提高业务技术水平和工作能力，省厅和总站先后编印颁发了《怎样开展地下水观测和调查试验工作》、《地下水动态的观测和普查》、《地下水基本井高程测量及基面换算规定》、《三角量水堰的设置与观测》以及多项有关地下水资源评价方面的技术文件。1975年春总站在新乡举办了全省地市县地下水观测管理人员共140余人参加的培训班，历时40余天，学习内容为地下水观测和普查的基本知识。1978年冬又组织各地市及重点县地下水观测管理人员近30人，在夏邑县进行地下水资源评价业务学习培训。1982年又在水文站长学习班上进行浅层地下水资源评价工作的业务学习。通过以上一系列的技术指导与学习培训，全省地下水观测管理人员的业务水平有了很大的提高。
第二节 测验及资料整编
一、 定点观测
(一) 埋深和水位观测：50年代初即开始观测，这是地下水动态最基
本的观测项目。地下水埋深、水位和地面高程之间有着相互的关系，井台上的固定点高程为计算此三项数据的依据，根据距观测井较近的国家水准点引测至观测井附近的校核水准点，再从校核水准点引测至测井井口固定点，算出其高程，统一到黄海基面。地下水五日观测井每月1、6、11、16、21、26日晨8时观测，逐日观测井每日晨8时观测，如观测时间正值抽水，井水位处于动荡阶段，则应推迟到水位稳定后再进行观测，观测埋深水位的工具则有悬重锤的测绳或用电测水位计。为了便于前后时期地下水埋深水位的比较，观测井一经确定，其编号即固定不变。如因淤积严重，或井损坏等原因须另换测井时，新测井必须重新编号。
(二)单井出水量观测：主要是为了研究地下水开采量而观测，须结合机井抽水灌溉进行，1977年开始观测。基本观测设备为安装三角量水堰，也可在水泵出口处安装专用流量计。
(三)水温观测，始于1976年。与地下水埋深观测同时进行，用特制带有外壳的水温表，放在水面以下0.5m处，停留时间不少于10分钟。
(四)常规地下水质监测及污染监测：1972年开始进行常规地下水质监测，每年取样2次，在5月、11月进行。用洗净的、带有刻度的盐水瓶或塑料瓶，用井水洗刷2～3次后，在井水中取1.5公斤水样,3～5日内送达指定化验室进行全分析。1980年开始监测污染水质，根据当地污染情况确定监测井年监测2次，监测项目按地下水质标准(GBT14848-93)
嗅、味、内有可见物、PH、总硬度、溶解性总固体、SO4、Cl、Fe、酚、高锰酸盐指数、NO3、NO2-N、NH4、F、CN、Hg、As、Cr6+、大肠菌群、细菌总数共21项。
二、 观测资料的整编
1971年前的零碎的地下水资料均由总站整编并分别刊印在流域水文年鉴中。1972年起全省各县市的地下水观测资料，经总站统一整编，并逐年刊印在《河南省地下水资料》中，分发各有关单位使用。1972年共刊印405站年资料，以后逐年增加刊印量，1995年共刊印地下水埋深水位井1344眼，开采量47眼，水温108眼，常规地下水质189眼，地下水污染水质监测51眼。
地下水资料整编：每年年终后由各县水利局初步整编本县各观测井资料，计算和整编各项成果表，进行合理性检查和解决存在的问题。然后由各地市水文分站(现为水文水资源勘测局)抽调各县水利局地下水观测人员，携带各项初编成果及委托站原始记录簿集中审查修改。最后总站抽各地市地下水管理人员携带各顶成果表、原始记录簿、合理性检查图表集中到省整编，然后由省负责刊印出版。刊印资料有：1954～1971年地下水资料刊印在《水文年鉴》中，有地下水观测井说明表、地下水位表、地下水化学分析成果表。1972年以后，逐年刊印《河南省地下水资料》，刊布地下水观测井一览表，地下水埋深(逐日、5日)表，1974～1982年曾刊布平原区浅层地下水埋深、变幅图，1976年以后增加刊布地下水温表，1977年以后增加刊布地下水开采量统计表，1981年后增加地下水化学分析成果表，1987年后增加地下水污染成果表。
由于地下水资料整编工作量很大，从1989年起借助于电子计算机整编，以减少工作量，提高工效。各地市水文水资源勘测局将地下水原始数据输入电子计算机计算，并将软盘携省进行审核修改，输出打印出成果图表送厂刊印出版。“河南省地下水资源资料整编照排系统”1990年曾获河南省水利科技成果二等奖。
三、 普查
普查是定点观测的补充，目的在于较详细地了解面上动态变化、开采量、水质变化等，指导农业生产。普查重点为平原区，特别是下降漏斗区。普查工作一般在汛前地下水枯水季节进行，普查井密度要求每10～15km2一井为宜，普查井一经选定，不随便变动。井口设固定点留作以后普查时应用。普查人员可由农水部门会同水文、水文地质、科研等单位共同组成，外业工作在3～5日内完成，然后进行内业整理分析，写出普查报告。
1972年河南省新乡地区水利局和省地矿局水文地质队、中国农科院灌溉研究所以及所属各县水利局等单位，联合进行了地下水动态和开发利用普查，为当地地下水开发利用和农业生产起到了积极的推动作用。水电部在水利简报上介绍并推广他们的经验。以后此项工作在商丘、开封、周口、许昌、安阳、南阳等地区开展，为当地地下水开发利用和农业生产，起到了积极的作用。
普查资料主要包括：普查井位置图、埋深图、等水位线图、变幅图。埋深图等深线间距一般选<1、1～2、2～4、4～6、6～8m,以后每2m一条线。等水位线图间距1m或2m，逢10m以粗线表示。变幅图：由于地下水普查一年一次，在枯水季节4～6月进行，因此地下水变幅图可分相隔一年或数年的变幅，可用升、降、平分区，相隔1m绘一条等值线。
开采量的计算可根据区域内平均单井出水量，平均每日利用时数，一年内平均单井利用日数，开动机井数计算而得年开采量。也可根据区域内每年机井灌溉次数，每次机井灌溉亩数、灌溉定额计算而得区内年开采总量。还可根据机井耗电或耗油量估算。城市范围内的工业开采量则根据调查得的工业用机井数、单井出水量、抽水时间计算。农业开采量以浅层地下水为主，工业开采量以深层地下水为主，须分别计算农业开采量和工业开采量以及浅层开采量和深层开采量。最后编写普查报告，内容应包括普查的地下水埋深水位及动态，开采量等进行综合分析，提出结论性意见。
第三节 简报和预报
一、 简报：
从1975年起，按水电部水文局规定逐年编制全省地下水动态简报。一年出3次，一次为6月初地下水位为低水期简报，另一次为10月初高水期简报，第三次为年度总结简报。内容包括雨情、地下水埋深、地下水位变幅、地下水下降漏斗区面积及中心埋深、地下水开采量等，重点为平原区。每县选择若干有代表性的测井逐月向省报送月报，全省1996年底共有月报井494眼，省根据月报进行分析编制文字图表送水利部及省有关单位，指导灌溉和抗旱，遇特别旱期还增出地下水简报。1985年起按水电部水文局要求，每五年出一次地下水简报汇总报告，并分流域编写。多年来由于我省坚持了地下水简报制度，使各级领导指挥灌溉和抗旱心中有数，起到了积极的参谋和耳目作用。
二、 预报：
地下水预报有多种方法，如相似年模拟推演法，比例推算法，趋势推演法，相关分析法等。河南省曾建立平原区农灌地下水开采量与年降雨量相关图，区面平均雨量与区平均年初年末地下水埋深差相关图，可根据预报的年雨量预测来年地下水开采量、年末地下水埋深。
第四节 试验研究和资源评价
一、 试验研究
机井灌溉的发展及地下水资源评价，迫切要求开展开采量观测和评价参数等多个试验成果作根据，因此结合地下水进行了多项试验研究，并取得了许多科学成果和数据。
(一)1979年10月～1980年9月，进行了开采量统计的试验研究。新乡水文分站在修武县小文案364km2试验区，实测了一年内80眼井的开采量，分析了单井开采量与全区平均单井开采量的比值范围为0.07～3.17,试验结果表明，我们在80眼机井中能找到若干个具有代表性的机井(其所灌溉的作物为小麦、玉米两种作物，且极具稳定，机井密度中等)共15眼，其比值处于0.9～1.10之间,任选一眼或两眼此种井，计算全区年总开采量与全区实际总开采量的误差不超过10%。证明用典型井估算一个乡或一个县的农灌开采地下水量是可行的。
(二)1983年在兰考县张宜王村、淮阳县搬口试验站进行了井灌田面入渗补给试验，得出成果如下表，提供了资源评价的应用。
试验地点面积 (m2)土岩壤性平均埋深(m)灌水定额 (m3/亩)
井灌田面入渗补给系数β#
淮阳县搬口试验站2,000亚沙亚粘互层3.004013.98%
6012.80%
兰考县张宜王村6,000粉细沙2.406019.61%
7024.06%
(三)1982年由水电部南京水文研究所提议，由水电部治淮委员会设计院资助，省水文总站主持，商丘水文分站负责具体实施，在毛河流域设立了试验区，在面积176Km2中，设有水文站2个，雨量站9个，面上地下水观测井10处，基线井3排，土壤含水量观测点3处，进行降水、地表水、地下水、土壤水之间的相互转化关系的研究。直到1989年初结束，历时7年多。
1983年撰写了“毛河流域三水转化初步分析”一文。1988年撰写了“毛河流域地下水多年调节计算”一文。毛河流域“四水转化及地下水开发利用试验研究报告”获1991年度省水利科技进步三等奖。
(四)1983年由水利部治淮委员会提议并资助，由河南省水文总站主持，许昌水文分站负责实施，郏县、宝丰两水利局参加的科研项目，主要研究北汝河山前河谷平原河水与地下水相互补排关系，求得定性定量数据，供水资源评价及水利规划设计参考应用。1983年对试验区进行勘测，设置了两排基线井(包括河水位)，在基线间6.15km2范围内,设置了26眼辅助观测井,1
处雨量站。1984年4月正式观测,1988年8月结束,经对观测资料分析研究,编制了”北汝河河谷平原地表水与地下水转化试验研究报告”获1991年度河南省水利科技进步三等奖。
(五)、1988年～1993年元月，由河南省水文水资源总站、漯河市水利局、许昌水文水资源勘测局、郾城县水利局共同开展的“平原地区河道侧渗试验研究”项目，于1988年开始建立试验区，在漯河市附近沙河上下游35km2范围内设立4个观测断面，设置56眼基线井(包括相应的4处河道水位)，观测历时5年，编制了“平原地区河道侧渗试验研究报告”。
(六)1985～1986年我省分担国家“六.五”期间科技重点攻关项目第38项《华北地区分区水资源量和可利用量的综合分析》的子课题，即”豫北平原地区地表水与地下水转化关系研究“，提出了相应的研究成果报告，此项成果获1987年河南省水利科技成果二等奖。
(七)、1974～1989年,由周口水文分站联合西华县、周口市、商水县、鹿邑县、淮阳县共同进行河道建闸蓄水对地下水补给的研究，历时15年最后提出了《河道建闸蓄水补源及水资源合理调控研究报告》，此项成果获1992年河南省科技进步三等奖。
(八)、1982～1985年全省地下水资源评价工作期间，为提供评价计算依据，共选用全省117眼观测井818站年资料，分析土壤给水度及降雨入渗补给系数，和潜水蒸发系数，并选择我省各流域25个有代表性的山区水文站1956～1979年系列的流量过程线资料进行了基流分割，分析山区地下迳流量，先后编写了：“平原区降雨入渗补给系数的初步探讨”、“用年地下水埋深计算潜水蒸发量的初步探讨”
、“山区地下迳流的初步分析” 、“求算平原区无地下水资料年份的降雨补给量的初步探讨” 、“地下水位升幅与降水量、地下水埋深关系的分析”
、“山丘区地下迳流分析中的一些问题的探讨” 、“关于降水量和地下水埋深长期预报的探讨”。
(九)除以上各项研究外，在1986～1987年间进行了沁北电厂水源地地下水的研究，发表了“河南省焦作市沁北电厂水源地地下水资源水均衡法评价报告”，1988～1990年进行了惠济河流域引黄补源区地下水采补平衡分析的研究，1990～1992年进行了豫东平原五县市水资源开发利用研究，分别发表了“惠济河流域引黄补源区地下水采补平衡分析”及“豫东平原东五县市水资源供需展望与对策研究报告”，后者获得1993年度河南省水利科技成果进步二等奖。
第五节 资料的开发利用
一、初始阶段
50年代水灾频繁，平原区地下水埋深偏高，随之带来的是涝渍和土壤盐碱化，给当地农业生产造成很大影响，从防御灾害出发，当地政府推广排涝及降低地下水的埋深，开始在部分灾害比较严重区，如豫北的人民胜利渠、濮阳等地开始观测埋深，以指导引黄灌渠的运用，60年代井灌只刚刚开始，1965年全省机井才13000余眼，而到70年代末机井已达到5万余眼，由于大量开采地下水，超过了降水和地面水的补给量，以致部分地区地下水开始下降。如温县、孟县、安阳、濮阳等地出现水位下降漏斗，当地生产迫切需要了解地下水位的动态变化，全省设置了观测井网，年终编制地下水埋深及漏斗区范围的简报，为平原区合理利用地下水提供了依据。各地区已认识到，了解地下水对促进农业生产的作用，同时已不满足省统一规划的井网要求，各县普遍要求每一个乡的范围有3～5眼观测井，便于在较小区域内掌握水位变化及控制井网密度，为帮助各地、市培训地下水观测辅导人员，于1975年由水文总站在新乡市培训了观测员140人。
二、深入阶段
80年代以来，对资料的要求已不只是满足于地下水位的变化，从利用资源角度出发，开展了水资源的调查，通过评价了解了它的数量、分布、可利用的程度，对地下水的观测从防御灾害性管理，走向科学利用性管理。为此，在年终发布动态简报中分别对农业、工业、乡村、城市的用水开采量进行了调查统计，尤其在旱情严重时，为配合地表水合理利用地下水资源提供了依据。70年代的常规水质分析资料，一般不被当地用水部门重视，80年代以来，对全省指定的井，进行污染项目的监测共计21项，资料表明地下水已受到不同程度的污染，工矿企业及城市附近的井，污染更甚，少数井不仅不能作为饮用水源，作为农灌也不符合标准，这就引起了当地各有关部门的重视，“防治污染、保护水源”逐步深入人心，观测工作已成为水资源保护领域的重要工作。
