水文地質(zhì)學基礎(chǔ) 第九章地下水的動態(tài)與均衡

1、LOGO中國地質(zhì)大學水文地質(zhì)學基礎(chǔ)教學組中國地質(zhì)大學水文地質(zhì)學基礎(chǔ)教學組Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學基礎(chǔ)水文地質(zhì)學基礎(chǔ)第九章第九章 地下水動態(tài)與均衡地下水動態(tài)與均衡中國地質(zhì)大學中國地質(zhì)大學 水文地質(zhì)學基礎(chǔ)教學組水文地質(zhì)學基礎(chǔ)教學組 佛鳴一鼎提供，更多地佛鳴一鼎提供，更多地大資料大資料qq:605734043 內(nèi)部資料及歷年真題內(nèi)部資料及歷年真題Company L本章內(nèi)容本章內(nèi)容 9.1 地下水的動態(tài)地下水的動態(tài) 9.2 地下水的均衡地下水的均衡Company L9.1 9.1 地下水的動態(tài)地下水的動態(tài)v含水層（含水系統(tǒng)）經(jīng)常與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能含水層（含水系

2、統(tǒng)）經(jīng)常與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量與信息的交換，時刻處于變化之中量與信息的交換，時刻處于變化之中與時間與時間有關(guān)有關(guān)v地下水動態(tài)的概念地下水動態(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、水化學成分、水溫等）隨時間的變化，水位、水量、水化學成分、水溫等）隨時間的變化，稱之。稱之。Company L9.1.19.1.1地下水動態(tài)的形成機制地下水動態(tài)的形成機制與環(huán)境的相互作用v 降水補給地下水系統(tǒng)水位上升 (出現(xiàn)變化） 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v 地下水水位對外界輸入（降水）響應(yīng)的特點：地

3、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）滯后和延遲現(xiàn)象 （2 2）有疊加現(xiàn)象）有疊加現(xiàn)象v 因外界激勵（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的因外界激勵（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)定動態(tài)穩(wěn)定變化幅度小變化幅度小 動態(tài)不穩(wěn)定動態(tài)不穩(wěn)定變化幅度大變化幅度大Company L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Company L河北饒陽地區(qū)地下水位動態(tài)

4、曲線河北饒陽地區(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）因素有哪些思考？影響地下水位變化（動態(tài)特征）因素有哪些Company L9.1.2 9.1.2 地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)的影響因素1 1、氣象（氣候）因素、氣象（氣候）因素決定動態(tài)總輪廓決定動態(tài)總輪廓v 特點：特點：大面積，普遍產(chǎn)生影響 (主要有降水與蒸發(fā)因素)v氣象因素表現(xiàn)：氣象因素表現(xiàn)： 降水的年內(nèi)季節(jié)性變化降水的年內(nèi)季節(jié)性變化 降水的降水的 多年變化（如多年變化（如1111年周期）年周期） 降水的降水的 晝夜變化晝夜變化v與此相對應(yīng)，地下水動態(tài)也有這三種周期性變化與此相對應(yīng)，地下水動態(tài)也有這三種周期性變化 晝夜變化晝

5、夜變化 - -在許多地區(qū)不明顯在許多地區(qū)不明顯 多年變化多年變化 - -研究周期長研究周期長 年內(nèi)變化年內(nèi)變化 - -最突出最突出Company L氣象（氣候）因素氣象（氣候）因素圖圖93 潛水動態(tài)曲線潛水動態(tài)曲線 （19541955，北京），北京）虛線為氣溫；蘭色柱狀為虛線為氣溫；蘭色柱狀為降水量；紅色為潛水位；黃色柱狀為蒸發(fā)量降水量；紅色為潛水位；黃色柱狀為蒸發(fā)量Company L9.1.2 9.1.2 地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)的影響因素2 2、水文因素、水文因素 v指地表水體的變指地表水體的變化對地下水動態(tài)化對地下水動態(tài)的影響的影響v從右圖中可以看從右圖中可以看出什么規(guī)律？出什么規(guī)

6、律？與地表水體的距與地表水體的距離有關(guān)離有關(guān)思考？思考？與潛水比較與潛水比較, 受河水位影響承受河水位影響承壓水動態(tài)有何特壓水動態(tài)有何特點？點？Company L9.1.2 9.1.2 地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)的影響因素3 3、地質(zhì)因素、地質(zhì)因素v 地質(zhì)因素是間接因素（相當于濾波器）地質(zhì)因素是間接因素（相當于濾波器）v 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v 地質(zhì)因素起修飾作用，濾波或削峰填谷的作用地質(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，對滯后潛水位的埋深：埋深的大小，對滯后- -延遲時和變幅的影響延遲時

7、和變幅的影響 包氣帶巖性：包氣帶巖性：K K起作用；起作用； 飽水帶巖性：飽水帶巖性：K K和和均起作用均起作用 地下水所處的空間部位：補給區(qū)，排泄區(qū)。一般而言，補給地下水所處的空間部位：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)定區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定 4 4、人為因素、人為因素包括開采、人工回灌、灌溉、庫渠滲漏、污水排放等包括開采、人工回灌、灌溉、庫渠滲漏、污水排放等 Company L云南噴水洞地下暗河流量動態(tài)曲線巖溶水動態(tài)巖溶水動態(tài)山西廣勝寺巖溶泉流量動態(tài)曲線Company L9.1.3 9.1.3 地下水天然動態(tài)類型地下水天然動態(tài)類型潛水、承壓水由于排泄方式、交替程度不同，兩者潛水、

8、承壓水由于排泄方式、交替程度不同，兩者的動態(tài)特征也不同的動態(tài)特征也不同 1 1、潛水的動態(tài)類型潛水的動態(tài)類型三種類型三種類型v蒸發(fā)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。地。v徑流型徑流型 廣泛分布于山區(qū)及山前廣泛分布于山區(qū)及山前v弱徑流型弱徑流型 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。主，但徑流微弱。 Company L9.1.3 9.1.3 地下水天然動態(tài)類型地下水天然動態(tài)類型2、承壓水、承壓水v 徑流型徑流型動態(tài)變化的程度取決于構(gòu)造封閉條件。構(gòu)造開啟程度

9、愈好，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，水質(zhì)的淡化趨勢愈明顯。水交替愈強烈，動態(tài)變化愈強烈，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)、人類活動影響下的地下水動態(tài)v 采排地下水：采排地下水：取水或礦坑排除地下水后，人工采排成為地下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

10、，（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)影響動態(tài)v 補給地下水：補給地下水：修建水庫，利用地表水灌溉等，增加了新的補修建水庫，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)特征給來源而使地下水位抬升，形成新的動態(tài)特征 Company L9.2 9.2 地下水均衡地下水均衡均衡：某一時間段、某一地段內(nèi)，地下水水量（熱量、鹽量、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)動態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)v 均衡區(qū)：均衡區(qū)：均衡計算所選定的區(qū)域（三維的）均衡計算所選定的區(qū)域

11、（三維的）v 均衡期：均衡期：均衡計算的時間段（一個水文年）均衡計算的時間段（一個水文年）v 均衡方程式一般表達形式：均衡方程式一般表達形式：A - - B = WA收入項；收入項；B支出項；支出項； W均衡時段內(nèi)，均衡區(qū)的水量變化量均衡時段內(nèi)，均衡區(qū)的水量變化量v 均衡結(jié)果（表現(xiàn)）：均衡結(jié)果（表現(xiàn)）：正均衡或負均衡正均衡或負均衡Company L地下水均衡圖示地下水均衡圖示潛水均衡方程式：潛水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( - ( Zu+Qd+Wu2 ) = hCompany L潛水均衡方程式潛水均衡方程式v Xf + Yf + Zc + Wu1 + Q

12、t - ( - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h幾種條件下的潛水均衡方程式：幾種條件下的潛水均衡方程式：v干旱半干旱平原區(qū)：干旱半干旱平原區(qū)：忽略忽略Zc ；地形切割微弱；地形切割微弱Qd0；無越流時無越流時Qt =0；徑流滯緩徑流滯緩Wu1 Wu2 0； Xf + Yf - - Zu =hh 多年均衡條件下多年均衡條件下 ：h =0，則，則 Xf + Yf = Zuv濕潤山區(qū)潛水均衡濕潤山區(qū)潛水均衡 Zu =0 Xf + Yf = Qd v強烈開采區(qū)強烈開采區(qū) Xf + Yf = Q開開 Company L9.2.2 9.2.2 區(qū)域區(qū)域地下水均衡地下水均衡tQW

13、uZtQfYfXWdQuZWfYfX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)地下水均衡模式圖堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式圖 Company L堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式分析堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式分析v分區(qū)（三段均衡區(qū)）分析：tQWuZtQfYfXWdQuZWfYfX沖積平原承壓水沖積平原潛水山前丘陵潛水 232112121WQZZWYYXXduuffff用含水系統(tǒng)分析，水量均衡方程：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；否則會人為地夸進行水均衡研究或計算，切忌避免重復；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大地下水的可利用量，造成不可挽回的損失和后果 Company L本章小節(jié)本章小節(jié)v地下水動態(tài)主要是含水系統(tǒng)水量（鹽量、熱量等）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)。收支平衡狀況的綜合表現(xiàn)。v影響地下水動態(tài)的因素有：氣象、水文、地質(zhì)條影響地下水動態(tài)的因素有：氣象、水文、地質(zhì)條件和人類活動。件和人類活動。v地下水均衡地下水均衡計算計算，應(yīng)從系統(tǒng)角度遵循質(zhì)量守恒定，應(yīng)從系統(tǒng)角度遵循質(zhì)量守恒定律來分析。律來分析。v地下水量均衡方程式的一般表達式為：地下水量均衡方程式的一般表達式為：收入項收入項 支出項支出項 = 系