水文地質(zhì)第五講-華南理工大學(xué)

1、第五講 地下水動態(tài)均衡和 類型 Company Logo 地下水的補給、排泄、徑流 地下水是通過補給與排泄兩個環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán) 補給：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程 排泄：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程 徑流：地下水由補給區(qū)流向排泄區(qū)的作用過程 Company Logo 地下水的補給、排泄、徑流 Company Logo b c 含水系統(tǒng) 與 流水系統(tǒng) Company Logo 9 地下水動態(tài)與均衡 9.1 地下水的動態(tài) 9.2 地下水的均衡 Company Logo 9.1 地下水的動態(tài) 含水層（含水系統(tǒng)）經(jīng)常與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量與 信息的交換，時刻處于變化之中與時間有關(guān)

2、地下水動態(tài)的概念 在與環(huán)境相互作用下，含水層（含水系統(tǒng)）各要素（如水 位、水量、水化學(xué)成分、水溫等）隨時間的變化，稱之。 Company Logo 9.1.1地下水動態(tài)的形成機制 與環(huán)境的相互作用 降水補給地下水系統(tǒng)水位上升 (出現(xiàn)變化） 激勵脈沖式的降水 響應(yīng)波狀信號的信息 地下水水位對外界輸入（降水）響應(yīng)的特點： （1 1）滯后和延遲現(xiàn)象 （2 2）有疊加現(xiàn)象 因外界激勵（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的 變化幅度是含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)作用的結(jié)果 某要素（水位）隨時間的變化程度用穩(wěn)定性來恒量 動態(tài)穩(wěn)定變化幅度小 動態(tài)不穩(wěn)定變化幅度大 Company Logo 降水補給引起地下水位響應(yīng)滯后-

3、延遲-疊加 Company Logo 河北饒陽地區(qū)地下水位動態(tài)曲線 思考？影響地下水位變化（動態(tài)特征）因素有哪些 Company Logo 9.1.2 地下水動態(tài)的影響因素 1 1、氣象（氣候）因素決定動態(tài)總輪廓 特點：大面積，普遍產(chǎn)生影響 (主要有降水與蒸發(fā)因素) 氣象因素表現(xiàn)： 降水的年內(nèi)季節(jié)性變化 降水的 多年變化（如1111年周期） 降水的 晝夜變化 與此相對應(yīng)，地下水動態(tài)也有這三種周期性變化 晝夜變化 -在許多地區(qū)不明顯 多年變化 -研究周期長 年內(nèi)變化 -最突出 Company Logo 氣象（氣候）因素 圖93 潛水動態(tài)曲線 （19541955，北京） 虛線為氣溫；蘭色柱狀為降水

4、量；紅色為潛水位；黃色柱狀為蒸發(fā)量 Company Logo 9.1.2 地下水動態(tài)的影響因素 2 2、水文因素 指地表水體的變 化對地下水動態(tài) 的影響 從右圖中可以看 出什么規(guī)律？ 與地表水體的距 離有關(guān) 思考？與潛水比較, 受河水位影響承 壓水動態(tài)有何特 點？ Company Logo 9.1.2 地下水動態(tài)的影響因素 3 3、地質(zhì)因素 地質(zhì)因素是間接因素（相當(dāng)于濾波器） 氣候與水文因素決定了一個地區(qū)地下水動態(tài)的總輪廓 地質(zhì)因素起修飾作用，濾波或削峰填谷的作用 潛水位的埋深：埋深的大小，對滯后- -延遲時和變幅的影響 包氣帶巖性：K K起作用； 飽水帶巖性：K K和均起作用 地下水所處的空

5、間部位：補給區(qū)，排泄區(qū)。一般而言，補給 區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定 4 4、人為因素 包括開采、人工回灌、灌溉、庫渠滲漏、污水排放等 Company Logo 9.1.3 地下水天然動態(tài)類型 潛水、承壓水由于排泄方式、交替程度不同，兩者 的動態(tài)特征也不同 1 1、潛水的動態(tài)類型三種類型 蒸發(fā)型 主要出現(xiàn)在干旱半干旱地區(qū)地形切割微弱的平原或盆 地。 徑流型 廣泛分布于山區(qū)及山前 弱徑流型 氣候濕潤的平原與盆地，蒸發(fā)排泄有限，徑流排泄為 主，但徑流微弱。 Company Logo 9.1.3 地下水天然動態(tài)類型 2、承壓水 徑流型 動態(tài)變化的程度取決于構(gòu)造封閉條件。構(gòu)造開啟程度愈好， 水交替愈強烈，動態(tài)變

6、化愈強烈，水質(zhì)的淡化趨勢愈明顯。 3、人類活動影響下的地下水動態(tài) 采排地下水：取水或礦坑排除地下水后，人工采排成為地下 水新的排泄去路；含水層或含水系統(tǒng)原來的均衡遭到破壞，天 然排泄量的一部或全部轉(zhuǎn)為人工排泄量，天然排泄消失或減少 （泉流量、泄流量減少，蒸發(fā)減弱），并可能增加新的補給量， 影響動態(tài) 補給地下水：修建水庫，利用地表水灌溉等，增加了新的補 給來源而使地下水位抬升，形成新的動態(tài)特征 Company Logo 9.2 地下水均衡 均衡：某一時間段、某一地段內(nèi)，地下水水量（熱量、鹽量、 能量）的收支狀況，稱為地下水均衡 動態(tài)是均衡的外部表現(xiàn) 9.2.1 9.2.1 地下水均衡方程式質(zhì)量守

7、恒定律 均衡區(qū)：均衡計算所選定的區(qū)域（三維的） 均衡期：均衡計算的時間段（一個水文年） 均衡方程式一般表達形式：A - - B = W A收入項； B支出項； W均衡時段內(nèi)，均衡區(qū)的水量變化量 均衡結(jié)果（表現(xiàn)）：正均衡或負均衡 Company Logo 地下水均衡圖示 潛水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h Company Logo 潛水均衡方程式 Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h 幾種條件下的潛水均衡方程式： 干旱半干旱平原區(qū)：忽略Zc ；地形切割微弱Qd0

8、； 無越流時Qt =0；徑流滯緩Wu1 Wu2 0； Xf + Yf - - Zu =hh 多年均衡條件下 ：h =0，則 Xf + Yf = Zu 濕潤山區(qū)潛水均衡 Zu =0 Xf + Yf = Qd 強烈開采區(qū) Xf + Yf = Q開 Company Logo 9.2.2 區(qū)域地下水均衡 1 32 222 21111 W t QW u Z t Q f Y f X W d Q u ZW f Y f X 沖積平原承壓水 沖積平原潛水 山前丘陵潛水 堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式圖 Company Logo 堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式分析 分區(qū)（三段均衡區(qū)）分析： 1 32 222 21

9、111 W t QW u Z t Q f Y f X W d Q u ZW f Y f X 沖積平原承壓水 沖積平原潛水 山前丘陵潛水 2 32112121 WQZZWYYXX duuffff 用含水系統(tǒng)分析，水量均衡方程： 進行水均衡研究或計算，切忌避免重復(fù)；否則會人為地夸 大地下水的可利用量，造成不可挽回的損失和后果 Company Logo 本章小結(jié) 地下水動態(tài)主要是含水系統(tǒng)水量（鹽量、熱量等） 收支平衡狀況的綜合表現(xiàn)。 影響地下水動態(tài)的因素有： 氣象、水文、地質(zhì)條件和人類活動。 地下水均衡計算，應(yīng)從系統(tǒng)角度遵循質(zhì)量守恒定 律來分析。 地下水量均衡方程式的一般表達式為： 收入項 支出項

10、= 系統(tǒng)儲存量的變化 Company Logo 10 地下水類型-孔隙水 10.1 洪積物中的地下水 10.2 沖積物中的地下水 10.3 黃土高原的地下水 10.4 孔隙含水系統(tǒng)實例分析 湖積物中的地下水參考書中自學(xué) Company Logo 賦存于不同空隙中的地下水特征與地質(zhì)環(huán)境有關(guān) 10.1.1 典型地區(qū)洪積扇(Alluvial fan)的形成 10.1.2 地下水的特征具明顯的分帶性 （由扇頂扇緣（前）的分帶性 10.1.3 地下水賦存條件與特征 從沉積物形成時的水動力條件入手， 分析沉積巖性的變化規(guī)律， 到地下水的賦存條件與特征。 10.1 洪積物中的地下水 Company Logo

11、 10.1.1 典型地區(qū)洪積扇 (Alluvial fan)的形成 地形地貌 地形高，陡（扇頂） 地形低緩（扇緣） 水動力條件 水流集中 分散 流速快（高能區(qū)） 慢（低能區(qū)） 山區(qū)平原 扇頂 扇緣（前） Company Logo 典型地區(qū)洪積扇沉積物的 分帶性 沉積物粒度 粗（礫，粗砂） 中砂 細 極細、粘土 沉積特征 分選 差 中等 好 山區(qū)平原 扇頂 扇緣（前） Company Logo 10.1.2 地下水的特征具明顯的分帶性賦存 透水性（K） 好 差 水位埋深 深 淺 漸深（或承壓） 賦存 （深埋區(qū)） （溢流區(qū)） （下沉區(qū)） 山區(qū)平原 扇頂 扇緣（前） Company Logo 10.

12、1.3 地下水賦存條件與特征 補給與排泄 補給 好 差 流動交替 V大，交替快 V小，交替慢 排泄 徑流排泄 蒸發(fā)排泄 山區(qū)平原 扇頂 扇緣（前） Company Logo 10.1.3 地下水賦存條件與特征 水化學(xué) 形成作用 溶濾作用 濃縮作用 礦化度（TDS） 低 中 高 成分與類型 HCO3 SO4 Cl 山區(qū)平原 扇頂 扇緣（前） Company Logo 10.1.3 地下水賦存條件與特征 動態(tài)與均衡 動態(tài) 變幅 大 小 均衡 整體、統(tǒng)一的均衡區(qū) 景觀（環(huán)境） 缺水區(qū) 泉，沼澤 鹽漬化區(qū) 山區(qū)平原 扇頂 扇緣（前） Company Logo 10.1 松散沉積物地下水賦 存條件小結(jié)

13、綜合上述分析： 分析不同沉積物類型的地下水賦存、運動和水化學(xué)特 征等（簡稱水文地質(zhì)條件），應(yīng)從沉積物形成時的 水動力場到沉積物沉積規(guī)律，再到地下水的分帶性 特征來進行 掌握分析問題的思路與方法即： 普通地質(zhì)作用-地質(zhì)地貌-水文地質(zhì)條件 例如： 西北某些新構(gòu)造運動影響的洪積扇 Company Logo 西北某些新構(gòu)造運動影響的洪積扇 山前水位埋深 深 淺 深 淺 Company Logo 10.2 沖積物（fluvial plain） 中的地下水 河流沉積物與洪積物相比： 經(jīng)常性水流作用的結(jié)果 河流是線狀或帶狀分布的，橫向與縱向差異大； 在沖積平原區(qū)往往發(fā)育有多條河流，呈交織狀、 發(fā)生改道且長期

14、作用 沖積平原砂層的幾何形態(tài)特征 沖積物的特征，從垂直河流橫向切剖面來分析 （鄭州黃河中下游為例）： Company Logo 沖積平原中的河道變遷及砂層的幾何形態(tài) A-A，B-B 橫切剖面 砂層多為 小透鏡體 C-C，D-D 縱向剖面 砂層可以 延伸很長。 Company Logo 10.2.1 鄭州黃河中下游剖面水文 地質(zhì)剖面 在沖積平原上，古河道與現(xiàn)代河道，地勢最高，沉積顆粒較粗的 砂，向外，隨著地勢變低依次堆積亞砂土、亞粘土，在河間洼 地的中心部位則堆積粘土。 由地勢較高（堆積粗粒沉積）的現(xiàn)代與近代古河道，到地勢低洼 （堆積粘性土）的河間洼地，顯示著良好的微地貌巖性地 下水分帶。 古河

15、道 河 間 洼 地 Company Logo 10.2.2 古河道河間洼地：地 形與巖性 古現(xiàn)代河道 河間洼地 地形 高 低 巖性（粒度） 粗 細 現(xiàn)代河道 河間洼地 古河道 Company Logo 10.2.3 古河道河間洼地：地下水賦存、補給與排泄 地下水埋深 深 淺 補給條件 好 差 排泄 徑流 蒸發(fā)排泄 現(xiàn)代河道 河間洼地 古河道 Company Logo 10.2.3 古河道河間洼地：地下水 化學(xué)特征 水化學(xué)作用 溶濾作用 濃縮作用 水型 HCO3 Cl, 礦化度（TDS） TDS 低 TDS 高 現(xiàn)代河道 河間洼地 古河道 Company Logo 10.3 黃土高原的地下水 （風(fēng)成作用） 黃土是特定地質(zhì)歷史時期的沉積物 在我國西北部廣泛、大面積分布，西北部地區(qū)又是我國 干旱半干旱氣候區(qū)，水資源嚴重匱乏，基本上無常年性 河流（或地表水），地下水水量也不豐富。 賦存于黃土孔隙與裂隙中的地下水是當(dāng)?shù)厝嗣裆畹闹?要水源。 黃土特征：厚度大，結(jié)構(gòu)疏松，粉土含量大于60%，含 鈣質(zhì)結(jié)合，呈棕黃，微紅，棕黑色。 黃土形成時期：第四紀中、下更新世 （Q2與Q3