基于信息熵的岩溶水监测网优化:以徐州市典型水源地为例

摘要

在各级水利与自然资源部门地下水监测数据共享机制逐步完善背景下,针对日益凸显的原有监测系统中存在的监测井布局不合理问题以及岩溶含水系统具有的非均质性和各向异性特征,选取徐州市丁楼-茅村和七里沟2个典型水源地,分别采用互信息-距离(T-D)和最大信息最小冗余(MIMR)模型对研究区监测网信息冗余性和最优监测井组合进行了研究。结果显示:丁楼-茅村水源地水位监测数据离散程度、信息熵、信息传递量和信息衰减速率均大于七里沟水源地,2个水源地在ε取10^(-1)时的水位信息有效传递距离分别为4.7,4.8 km,指示出两地相似的岩溶发育程度和水力传导性能。通过对比监测井控制范围的实际值和理论值发现2个水源地监测井之间均存在信息冗余。现有监测条件下,丁楼-茅村水源地最优监测井数为6眼,最优监测井组合为D1-D2-D4-D5-D7-D9;七里沟水源地最优监测井数量为5眼,最优组合为Q1-Q3-Q4-Q5-Q7。将优化结果与原监测网相比,2个水源地监测井数量均减少3眼,分别能提供原监测网信息总量的98.5%,94.9%,监测网控制范围分别下降0.4%,1.2%,信息冗余量分别减少49.0%,56.4%。表明优化后的监测网能够提供与原站网相当的信息量和控制范围,同时可以显著降低信息冗余度与监测成本。