第六章 地下水的動態(tài)與均衡

1、水文地質(zhì)學 Hydrogeology開課：開課：地下水科學與工程教研室地下水科學與工程教研室主講：主講：姜紀沂姜紀沂助教：助教：廖廖 欣欣聯(lián)系：圖聯(lián)系：圖405，電話：電話提要：提要： 掌握地下水的動態(tài)與均衡的概念、各種掌握地下水的動態(tài)與均衡的概念、各種情況下的地下水均衡方程式及各項均衡要素的情況下的地下水均衡方程式及各項均衡要素的意義和計算方法，能夠分析地下水動態(tài)影響因意義和計算方法，能夠分析地下水動態(tài)影響因素及動態(tài)類型。素及動態(tài)類型。6.1 動態(tài)與均衡的概念動態(tài)與均衡的概念一、地下水動態(tài)一、地下水動態(tài)l概念：含水層（含水系統(tǒng)）地下水與環(huán)境相互作用下，概念：含水層（

2、含水系統(tǒng)）地下水與環(huán)境相互作用下，含水層中地下水的物理與化學狀態(tài)要素隨時間變化。含水層中地下水的物理與化學狀態(tài)要素隨時間變化。l 地下水要素：水位地下水要素：水位(水頭水頭)、水量、水溫、化學成分等。、水量、水溫、化學成分等。6.1 動態(tài)與均衡的概念動態(tài)與均衡的概念二、地下水均衡二、地下水均衡l地下水均衡地下水均衡某時段內(nèi)某地段內(nèi)地下水水量（鹽量、某時段內(nèi)某地段內(nèi)地下水水量（鹽量、熱量、能量）收支狀況。熱量、能量）收支狀況。l地下水資源不同于其它礦產(chǎn)資源的最主要區(qū)別，在于地下水資源不同于其它礦產(chǎn)資源的最主要區(qū)別，在于其質(zhì)和量總是隨時間不停變化著。其質(zhì)和量總是隨時間不停變化著。6.1 動態(tài)與均衡

3、的概念動態(tài)與均衡的概念三、兩者關(guān)系三、兩者關(guān)系l地下水動態(tài)是含水層水量、鹽量、熱量、能量收支不地下水動態(tài)是含水層水量、鹽量、熱量、能量收支不平衡的結(jié)果。平衡的結(jié)果。l均衡是動態(tài)變化的內(nèi)因（實質(zhì)），動態(tài)是均衡的外部均衡是動態(tài)變化的內(nèi)因（實質(zhì)），動態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)。表現(xiàn)。l均衡的性質(zhì)和數(shù)量決定了動態(tài)變化的方向與幅度均衡的性質(zhì)和數(shù)量決定了動態(tài)變化的方向與幅度l地下水動態(tài)反映地下水要素隨時間變化狀況地下水動態(tài)反映地下水要素隨時間變化狀況。6.1 動態(tài)與均衡的概念動態(tài)與均衡的概念四、重要意義四、重要意義1. 研究動態(tài)與均衡研究動態(tài)與均衡l查清地下水補給、排泄與資源條件、含水層之間、含查清地下水補給、排

4、泄與資源條件、含水層之間、含水層與地表水之間關(guān)系；認識區(qū)域水文地質(zhì)條件；水水層與地表水之間關(guān)系；認識區(qū)域水文地質(zhì)條件；水量和水質(zhì)評價；地下水資源合理開發(fā)利用與保護管理，量和水質(zhì)評價；地下水資源合理開發(fā)利用與保護管理，防止地下水危害；檢驗水文地質(zhì)結(jié)論。防止地下水危害；檢驗水文地質(zhì)結(jié)論。6.1 動態(tài)與均衡的概念動態(tài)與均衡的概念 2. 研究意義具體表現(xiàn)研究意義具體表現(xiàn)l根據(jù)地下水動態(tài)特征分析、認識地下水埋藏條件、水量根據(jù)地下水動態(tài)特征分析、認識地下水埋藏條件、水量-水質(zhì)形成條件和區(qū)分不同類型含水層；水質(zhì)形成條件和區(qū)分不同類型含水層；l可利用地下水動態(tài)資料去計算地下水的某些均衡要素，如可利用地下水動態(tài)

5、資料去計算地下水的某些均衡要素，如入滲系數(shù)、儲存量、蒸發(fā)量等。入滲系數(shù)、儲存量、蒸發(fā)量等。l水量、水質(zhì)的計算與評價都必須有時間的概念，地下水動水量、水質(zhì)的計算與評價都必須有時間的概念，地下水動態(tài)資料是地下水資源評價和預(yù)測是必不可少的依據(jù)。態(tài)資料是地下水資源評價和預(yù)測是必不可少的依據(jù)。6.1 動態(tài)與均衡的概念動態(tài)與均衡的概念 3. 水均衡研究水均衡研究主要是主要是應(yīng)用質(zhì)量守衡定律分析水循環(huán)各要應(yīng)用質(zhì)量守衡定律分析水循環(huán)各要素數(shù)量關(guān)系。素數(shù)量關(guān)系。l闡明某地區(qū)某段時間內(nèi)闡明某地區(qū)某段時間內(nèi)地下水水量（鹽量、熱量）收地下水水量（鹽量、熱量）收入與支出間數(shù)量關(guān)系；入與支出間數(shù)量關(guān)系；l 弄清水量、水質(zhì)

6、隨時間變化關(guān)系弄清水量、水質(zhì)隨時間變化關(guān)系；l 分析收入、支出項，列出均衡方程，采用相應(yīng)方法確分析收入、支出項，列出均衡方程，采用相應(yīng)方法確定有關(guān)均衡項定有關(guān)均衡項；l 根據(jù)均衡方程可推知未知項，確定有關(guān)水文及水文地根據(jù)均衡方程可推知未知項，確定有關(guān)水文及水文地質(zhì)參數(shù)質(zhì)參數(shù)。l地下水動態(tài)是含水層對環(huán)境施加的激勵所產(chǎn)生的響應(yīng)，地下水動態(tài)是含水層對環(huán)境施加的激勵所產(chǎn)生的響應(yīng)，即含水層將輸入信息變換后產(chǎn)生的輸出信息即含水層將輸入信息變換后產(chǎn)生的輸出信息。l由于信號的滯后由于信號的滯后、延遲和迭加延遲和迭加，使間斷性降水通過含水，使間斷性降水通過含水層變換而轉(zhuǎn)化成為比較連續(xù)的地下水位層變換而轉(zhuǎn)化成為比

7、較連續(xù)的地下水位/泉流量變化泉流量變化。6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)降水補給引起地下水位響應(yīng)降水補給引起地下水位響應(yīng)滯后滯后-延遲延遲-疊加疊加激勵激勵脈沖式的降水脈沖式的降水響應(yīng)響應(yīng)波狀信號的信息波狀信號的信息思考？影響地下水位變化（動態(tài)特征）因素有哪些思考？影響地下水位變化（動態(tài)特征）因素有哪些河北饒陽地下水位動態(tài)曲線河北饒陽地下水位動態(tài)曲線 （1）環(huán)境對含水層的信息輸入，包括降水、地表水對地）環(huán)境對含水層的信息輸入，包括降水、地表水對地下水的補給，人工開采地下水、地應(yīng)力對地下水影響等。下水的補給，人工開采地下水、地應(yīng)力對地下水影響等。 （2）變換輸入信息的因素，即賦存地下水的地質(zhì)地形條）

8、變換輸入信息的因素，即賦存地下水的地質(zhì)地形條件等。件等。6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)（1）氣象氣候因素：對潛水動態(tài)影響最普遍。）氣象氣候因素：對潛水動態(tài)影響最普遍。 降水數(shù)量及其時間分布影響潛水補給。降水使?jié)撍邓當?shù)量及其時間分布影響潛水補給。降水使?jié)撍畬铀吭黾?，水位抬升，水質(zhì)變淡。水層水量增加，水位抬升，水質(zhì)變淡。 氣溫、濕度、風速等與其它條件結(jié)合，影響潛水蒸發(fā)氣溫、濕度、風速等與其它條件結(jié)合，影響潛水蒸發(fā)排泄，使?jié)撍孔兩伲唤档?，水質(zhì)變咸。排泄，使?jié)撍孔兩?，水位降低，水質(zhì)變咸。 氣候要素周期性地發(fā)生晝夜、季節(jié)與多年變化，因此氣候要素周期性地發(fā)生晝夜、季節(jié)與多年變化，因此潛

9、水動態(tài)也存在著晝夜變化、季節(jié)變化及多年變化。潛水動態(tài)也存在著晝夜變化、季節(jié)變化及多年變化。6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)氣象（氣候）因素：氣象（氣候）因素：虛線為氣溫；蘭色柱狀為降水量；紅色為潛水位；黃色柱狀為蒸發(fā)量虛線為氣溫；蘭色柱狀為降水量；紅色為潛水位；黃色柱狀為蒸發(fā)量潛水動態(tài)曲線（19541955，北京） （2）水文因素：地表水體補給地下水引起地下水位抬升，）水文因素：地表水體補給地下水引起地下水位抬升，隨著遠離河流，水位變幅減小，發(fā)生變化的時間滯后，影隨著遠離河流，水位變幅減小，發(fā)生變化的時間滯后，影響距離可達幾百米至幾千米。響距離可達幾百米至幾千米。 影響距離：影響距離： 式中：l-

10、影響距離(m)；K-滲透系數(shù)(m/d)；hm-含水層平均厚度(m)； -含水層給水度；t- 時間(d)。6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)tKhlm（3）地質(zhì)因素：是影響信息輸入變換的因素。）地質(zhì)因素：是影響信息輸入變換的因素。l潛水位的埋深：埋深大小，對滯后潛水位的埋深：埋深大小，對滯后-延遲時和變幅的影響延遲時和變幅的影響l包氣帶巖性：包氣帶巖性：K起作用；起作用；l飽水帶巖性：飽水帶巖性：K和和均起作用均起作用l地下水所處空間部位：補給區(qū)，排泄區(qū)。補給區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定地下水所處空間部位：補給區(qū)，排泄區(qū)。補給區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定l地震、固體潮對承壓水位影響較明顯。地震、固體潮對承壓水位影響較明顯

11、。 6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài) （4）人類活動：）人類活動： 通過增加新的補給來源或新的排泄去路，均會較大通過增加新的補給來源或新的排泄去路，均會較大程度地改變地下水的天然動態(tài)。程度地改變地下水的天然動態(tài)。6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)l 根據(jù)影響地下水動態(tài)主導因素分類：滲入根據(jù)影響地下水動態(tài)主導因素分類：滲入-蒸發(fā)型、滲入蒸發(fā)型、滲入-徑流型、水文型、滲入徑流型、水文型、滲入-開采型以及多年凍結(jié)型和冰雪補開采型以及多年凍結(jié)型和冰雪補給型等（成因類型）。給型等（成因類型）。l 地下水動態(tài)曲線是根據(jù)觀測點地下水動態(tài)觀測資料繪制地下水動態(tài)曲線是根據(jù)觀測點地下水動態(tài)觀測資

12、料繪制的地下水水位、流量、水溫及水化學成分隨時間變化的的地下水水位、流量、水溫及水化學成分隨時間變化的曲線圖。曲線圖。6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)地下水動態(tài)類型 類 型 出現(xiàn)地區(qū) 動態(tài)特征 滲入-蒸發(fā)型 干旱、半干旱區(qū)，地形切割微弱的平原、盆地。 徑流微弱，年水位變化小，水質(zhì)季節(jié)變化明顯，鹽化、土壤鹽漬化。大陸鹽化水。 滲入-徑流型 山區(qū)、山前、水位深埋區(qū)。 年水位變化大而不均，水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，水質(zhì)趨于淡化。 滲入-弱徑流型 氣候濕潤的平原、盆地，地形切割弱。 年水位變幅小， 各處接近， 水質(zhì)季節(jié)變化不明顯， 淡化。 水文型 沿江河兩岸的條帶地段 年水位變化隨江河水位變化而變化，但幅度小于江河水位變化幅度。 開采型 城市及集中開采區(qū) 水位變化受開采量影響。 6.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài) 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o潛水的動態(tài)類型三種類型：l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。l徑流型廣泛分布于山區(qū)及山前l(fā)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。o承壓水l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)變化愈強烈，