《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》第九章 地下水地下水動(dòng)態(tài)與均衡

1、Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第九章 地下水動(dòng)態(tài)與均衡主講教師：張衛(wèi)民本章內(nèi)容 9.1 地下水的動(dòng)態(tài) 9.2 地下水的均衡Company Logo9.1 地下水的動(dòng)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(shí)刻處于變化之中與時(shí)間有關(guān)地下水動(dòng)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(shí)間的變化，稱之地下水動(dòng)態(tài)。地下水動(dòng)態(tài)的原因 含水層(含水系統(tǒng))水量、鹽量，熱量、能量收支不平衡的結(jié)果。例如，當(dāng)補(bǔ)給水量大于排泄水量時(shí)，儲(chǔ)存水量增加，地下水位上升；反之，儲(chǔ)存水量減少，水位下降。Company L

2、ogo9.1.1地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制以地下水水位為例降水補(bǔ)給地下水系統(tǒng)水位上升激勵(lì)：環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用；響應(yīng)：系統(tǒng)在接受激勵(lì)后對(duì)環(huán)境的反應(yīng)。地下水動(dòng)態(tài)是含水層(含水系統(tǒng))對(duì)環(huán)境施加的激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng) 激勵(lì)脈沖式的降水 響應(yīng)波狀信號(hào)的水位地下水水位對(duì)外界輸入（降水）所產(chǎn)生的響應(yīng)特點(diǎn)：（1）滯后和延遲現(xiàn)象（2）有疊加現(xiàn)象地下水位響應(yīng)Company Logo降水補(bǔ)給引起地下水位響應(yīng)滯后-延遲-疊加Company Logo9.1.1地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制以地下水水位為例因外界激勵(lì)（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(shí)間的變化程度用穩(wěn)定性來(lái)衡量動(dòng)態(tài)穩(wěn)定變

3、化幅度小,承壓水動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定變化幅度大，潛水地下水動(dòng)態(tài)曲線Company Logo河北饒陽(yáng)地區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)曲線思考？影響地下水位變化（動(dòng)態(tài)特征）因素有哪些？Company Logo9.1.2 地下水動(dòng)態(tài)的影響因素1、氣象（氣候）因素特點(diǎn)：對(duì)潛水，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10年周期）降水的晝夜變化與此相對(duì)應(yīng)，地下水動(dòng)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(zhǎng)，不太明顯年內(nèi)變化 -最突出、明顯地下水動(dòng)態(tài)曲線Company Logo氣象（氣候）因素圖93 潛水動(dòng)態(tài)曲線 （19541955，北京）虛

4、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Company Logo9.1.2 地下水動(dòng)態(tài)的影響因素2、水文因素 指地表水體的變化對(duì)地下水動(dòng)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(dòng)態(tài)有何特點(diǎn)？Company Logo9.1.2 地下水動(dòng)態(tài)的影響因素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(gè)地區(qū)地下水動(dòng)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：埋深的大小影響滯后-延遲時(shí)間和變幅；包氣帶巖性：滲透性影響滯后-延遲時(shí)間和變幅；飽水帶巖性：滲透性和給水度影響動(dòng)態(tài)變化范圍和變幅；地

5、下水所處的空間部位：補(bǔ)給區(qū)，排泄區(qū)。一般而言，補(bǔ)給區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定 4、人為因素包括開采、人工回灌、灌溉、庫(kù)渠滲漏、污水排放等 巖溶水動(dòng)態(tài)特征Company Logo云南噴水洞地下暗河流量動(dòng)態(tài)曲線巖溶水動(dòng)態(tài)山西廣勝寺巖溶泉流量動(dòng)態(tài)曲線Company Logo9.1.3 地下水天然動(dòng)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(dòng)態(tài)特征也不同 1、潛水的動(dòng)態(tài)類型三種類型蒸發(fā)型分布：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。動(dòng)態(tài)特點(diǎn)：年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)變化明顯，長(zhǎng)期中地下水不斷向鹽化方向發(fā)展，并使土壤鹽漬化。徑流型分布：廣泛分布于山區(qū)及山前。動(dòng)態(tài)特點(diǎn)：年水位變

6、幅大而不均(由分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大到小)，水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長(zhǎng)期中則不斷趨于淡化 Company Logo9.1.3 地下水天然動(dòng)態(tài)類型1、潛水的動(dòng)態(tài)類型三種類型弱徑流型分布：分布于氣候濕潤(rùn)的平原與盆地，蒸發(fā)排泄有限，徑流排泄為主，但徑流微弱。動(dòng)態(tài)特點(diǎn)：年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長(zhǎng)期中向淡化方向發(fā)展。2、承壓水的動(dòng)態(tài)類型徑流型動(dòng)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(qiáng)烈，動(dòng)態(tài)變化愈強(qiáng)烈，水質(zhì)的淡化趨勢(shì)愈明顯。 Company Logo9.1.3 地下水天然動(dòng)態(tài)類型3、人類活動(dòng)影響下的地下水動(dòng)態(tài) 采排地下水 取水或礦坑排除地下水后，人工采排成

7、為地下水新的排泄去路； 含水層或含水系統(tǒng)原來(lái)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(bǔ)給量，影響動(dòng)態(tài)。補(bǔ)給地下水 修建水庫(kù)，利用地表水灌溉等，增加了新的補(bǔ)給來(lái)源而使地下水位抬升，形成新的動(dòng)態(tài)特征 Company Logo9.2 地下水均衡定義：在一定范圍、一定時(shí)間內(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(dòng)態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)，而均衡是引起動(dòng)態(tài)的原因。9.2.1 地下水均衡方程式質(zhì)量守恒定律均衡區(qū)：均衡計(jì)算所選定的區(qū)域（三維的）均衡期：均衡計(jì)算的時(shí)間段（一個(gè)水文年）均衡方程式一般表達(dá)形式：A - B

8、 = WA收入項(xiàng)；B支出項(xiàng)； W均衡期內(nèi)，均衡區(qū)的水量變化量均衡結(jié)果（表現(xiàn)）：均衡、正均衡或負(fù)均衡潛水均衡Company Logo地下水均衡圖示潛水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = hCompany 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；無(wú)越流時(shí)Qt =0；徑流滯緩Wu1 Wu2 0； Xf + Yf - Zu =h 多年均衡條件下 ：h =0，則 Xf + Yf = Zu濕潤(rùn)山區(qū)潛水

9、均衡 Zu =0 Xf + Yf = Qd 強(qiáng)烈開采區(qū) Xf + Yf = Q開 Company Logo9.2.2 大區(qū)域地下水均衡堆積平原含水系統(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：用含水系統(tǒng)分析，水量均衡方程：進(jìn)行水均衡研究或計(jì)算，切忌避免重復(fù)；否則會(huì)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本章小節(jié)地下水動(dòng)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(dòng)態(tài)的因素有：氣象、水文、地質(zhì)條件和人類活動(dòng)。地下水均衡計(jì)算，應(yīng)從系統(tǒng)角度遵循質(zhì)量守恒定律來(lái)分析。地下水量均衡方程式的一般表達(dá)式為：收入項(xiàng) 支出項(xiàng) = 系統(tǒng)儲(chǔ)存量的變化Company L