台站介绍
河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站(简称“沧州野外站”)由7家单位联合共建,采用“一站多点”形式,共计1个主站、1个副站和5个观测点,分布在三省(市)平原区(北京市2个、天津市1个、河北省4个),占地约10万平方米。其中,沧州站为主站,正定站为副站,通州、大兴、滨海新区、雄安新区、衡水为典型观测点。通州和大兴观测点建设时间最早,于2008年初步建成,雄安新区观测点最晚,于2019年开始建设。自2008年开始野外数据观测,截至目前7个观测站点累计接收数据150多万条。
1.沧州站
沧州站作为沧州野外站主站,地处京津冀平原东部滨海地区,地表水资源匮乏,开采深层地下淡水成为解决水资源短缺的重要途径之一。自上世纪七十年代以来,大幅度开采深层地下水,造成区域地下水位迅速下降,逐步形成了覆盖全区的复合型地下水位降落漏斗,并产生了地面沉降地质灾害,成为京津冀平原地面沉降比较严重的地区之一。在地下水降落漏斗和地面沉降两大地质环境问题上,“世界看中国,中国看华北,华北看沧州”,沧州站的建立具有显著的示范性和一定的国际影响力。
沧州站位于河北省沧州市新华区黄河东路蔡御街,占地36500平方米,于2010年建设运行。建有办公楼2处、地面沉降监测楼1处、技术科普楼1处,以及科普展厅、学术报告厅、会议室、食堂、样品库房、实验室等基础设施,总建筑面积6710平方米。沧州站现有地面沉降观测站1座(分层标5个、地下水位观测孔4个、孔隙水压力观测孔3个)。
沧州市自1975年开始地面沉降水准测量和地下水位统测工作,2005年4月沧州市人民政府成立了“沧州市地面沉降防治工作领导小组”,在河北四水挂牌成立“沧州市地面沉降监测中心”。2008年5月开始沧州站规划建设,2010年10月完成办公楼主体建设,2011年5月投入运行。2010年4月23日,中国地质环境监测院、河北省地矿局、河北省沧州市人民政府签定了《中国沧州地面沉降监测预警与防治示范区联合共建框架协议》,省部联合共建“沧州地面沉降监测预警与防治示范区”,共同推进沧州市地面沉降监测中心建设。2011年“河北沧州—地面沉降野外观测基地”获批原国土资源部首批野外观测站,2013年沧州市人民政府批准建设地质科普基地,2019年河北省科学技术厅认定为首批河北省科普示范基地。
2.正定站
正定副站位于河北省石家庄市正定县城内东南,占地面积27900平方米。建有地下水动力学试验功能区、多功能观测竖井、大型称重式蒸渗仪、水面蒸发试验平台和土面蒸发试验平台5个功能区。
(1)地下水动力学试验功能区
2眼抽水试验井,最深504米,取水段分别为400-450米和250-270米。井内安装有地下水位、水温和电导率三个参数的动态自动监测仪器。
(2)多功能观测竖井
竖井内径2.5米,深30.0米,侧壁由厚30厘米的圆形钢筋混凝土构成,安装负压计、TDR、地温计和土壤溶液取样器等仪器,实现了数据的实时采集、存储和传输。
(3)大型称重式蒸渗仪
建有8台直径2.0米,土柱高度5.1米的大型称重式地中蒸渗仪。土柱分别取自华北平原的山前倾斜平原(正定、栾城、深泽),中部冲洪积平原(景县)和滨海平原(黄骅)。测量精度为0.05毫米降水量。
(4)水面蒸发试验平台
由等积不等深和等深不等积两组构成。等积不等深平台由横截面积相等深度不同的6个蒸发桶构成。等深不等积平台由7个相同深度不同直径的蒸发桶构成。
(5)土面蒸发试验平台
由3组21个不同深度的蒸发桶构成,3组岩性不同。研究不同岩性的极限蒸发深度,包气带水分的蒸发规律。
3.通州观测点
通州观测点位于北京市通州区张家湾开发区,属于北京城市副中心区域。占地面积7800平方米,观测站建筑400平方米,于2008年建成运行。建有地面沉降观测站1座(基岩标1座、分层标7个、地下水位观测孔5个、孔隙水压力观测孔2个)、InSAR角反射器1个、CORS站1个、简易气象观测站1个、地下水弥散试验场1个、一井多层监测井1眼、包气带水盐运移试验站1个和淋溶试验室1个。2011年,通州观测点成为原国土资源部首批野外观测站,命名为“平原区地下水—北京野外基地”。
4.大兴观测点
大兴观测点位于北京市大兴区榆垡镇开发区南部,属于北京大兴国际机场航空城区域,占地2600平方米,建筑面积400平方米,于2008年建成运行。建有地面沉降观测站1座(基岩标1座、分层标7个、地下水位观测孔5个、孔隙水压力观测孔2个)、CORS站1个,所有监测设施均实现了监测数据的自动化采集。
5.滨海新区观测点
滨海新区观测点位于天津滨海新区汉沽经济开发区营城西路北侧,占地面积670平方米,建筑面积200平方米,于2009年建成运行,最大监测深度800米。建有地面沉降观测站1座(分层标7个、地下水位观测孔6个、孔隙水压力观测孔5个),人工监测频率每月1次,自动监测频率每6小时1次。
6.雄安新区观测点
雄安新区观测点位于雄县雄州镇西南平安北街,占地1130平方米,于2019开始建设,现有基岩标1座、分层标4个、地下水位观测孔3个、孔隙水压力观测孔2个,基岩标作为雄安新区测量原点。
7.衡水观测点
衡水观测点位于河北省衡水市深州市东南,隶属于深州市护驾迟镇南张家庄,占地面积24300平方米,建有综合性科研、办公和生活保障房840余平方米(科研用房面积约240平方米,办公用房面积约192平方米,生活保障房面积400余平方米)。科研用房包括小型实验室、信息室、数据采集室、样品仓库等;办公用房包括办公室、会议室、展厅、会客室等;生活保障用房包括餐厅和宿舍。
2011年,衡水观测点与正定观测点获批原国土资源部首批野外观测站,命名为“河北地下水—深州、正定野外基地”,2011年被原国土资源部命名为“国土资源科普基地”,2017年提升为国家级“国家国土资源科普基地”。
衡水观测点已建成5个科学试验功能区:地面沉降监测功能区、地下水动力学试验功能区、多功能观测竖井、大型称重式地中蒸渗仪以及多功能试验样方等。
(1)地面沉降观测站
衡水分层标组由4个分层标、3个地下水位观测孔(与F2、F3、F4孔兼用)、3个孔隙水压力观测孔组成。分层标组最大观测深度401 米。
(2)地下水动力学试验功能区
占地2500平方米,建有地下水试验、观测井群系统,包括5眼试验井(编号TW1-TW5)和对应的5眼观测井(编号OW1-OW5),每组试验井和观测井揭露一层含水层,最大揭露深度600米。另外,浅部咸水含水层成井4眼(X01-X04),主要目的是研究浅层咸水以及浅层咸水和深层淡水之间的关系。试验井内安装有地下水位、水温和电导率自动监测仪等多种监测设备。
(3)多功能观测竖井
直径2.0米,深12.0米,井壁由厚10毫米钢板构成,底部封闭。观测系统由负压计、盐分传感器、地温计、TDR和中子仪等组成,实现了数据实时自动采集、存储与传输。主要研究京津冀平原中部冲洪积区包气带增厚条件下水盐运移和咸水下移问题。
(4)大型地中蒸渗仪
长2.0米,宽1.5米,高5.8米,内部原状土体取自试验站院内,测量精度0.05毫米降水量。采用马里奥特瓶控制蒸渗仪内水位高度,利用负压计、土壤盐分传感器和中子仪监测土水势、土壤盐分动态变化和含水量。蒸渗数据实现了自动实时采集、存储与传输,实现了与办公室的互联互通。主要研究可控条件下的包气带水盐运移问题。
(5)多功能试验样方
由20个试验样方组成。样方大小5×5平方米,深1.8米。样方侧向安装有负压计、TDR等仪器。