教學第10章-地下水動態(tài)與均衡課件

第10章地下水的動態(tài)與均衡有關(guān)的基本概念地下水動態(tài)(Groundwaterregime)地下水均衡(Groundwaterbalance)第10章地下水的動態(tài)與均衡110.1動態(tài)與均衡的概念動態(tài)(Fluctuation)

地下水的各要素（水位、水量、水質(zhì)、水溫、流速、流向等）在自然和人為因素的綜合影響下隨時間作有規(guī)律的變化。均衡(Balance)

利用質(zhì)量守恒定律分析地下水在某地區(qū)某時段內(nèi)水量、熱量和鹽量的收入與支出之間的平衡關(guān)系。水量的收支關(guān)系——水量平衡鹽量的收支關(guān)系——鹽量平衡熱量的收支關(guān)系——熱量平衡10.1動態(tài)與均衡的概念動態(tài)(Fluctuation)210.1動態(tài)與均衡的概念收入＞支出正均衡收入＜支出負均衡均衡區(qū)：進行均衡計算所選定的地區(qū)。均衡期：進行均衡計算的時間段。動態(tài)與均衡的關(guān)系

一般而言，動態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)，均衡是動態(tài)變化的內(nèi)部原因。10.1動態(tài)與均衡的概念收入＞支出310.1動態(tài)與均衡的概念研究意義檢驗并完善前期水文地質(zhì)研究結(jié)論查明地下水資源數(shù)量、質(zhì)量及其變化為擬定合理的地下水利用、防治方案及措施提高依據(jù)檢驗實施中的利用、防治方案及措施的合理性10.1動態(tài)與均衡的概念研究意義410.2地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)形成機制

將地下水動態(tài)理解為含水層（含水系統(tǒng)）對環(huán)境施加的激勵所產(chǎn)生的響應。10.2地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)形成機制510.2地下水動態(tài)的影響因素

也可理解為含水層（含水系統(tǒng)）對輸入信息變換后產(chǎn)生的輸出信息。10.2地下水動態(tài)的影響因素也可理解為含水層（含水610.2地下水動態(tài)的影響因素

間斷性的降水，通過含水層（含水系統(tǒng)）的變換，將轉(zhuǎn)換成比較連續(xù)的地下水位變化或泉流量變化。影響地下水動態(tài)的因素輸入信息因素：氣象因素（降水、蒸發(fā)、氣溫、氣壓）和水文因素輸出信息因素：地形、地質(zhì)和人為因素氣象因素：是影響地下水動態(tài)的主要因素。降水和蒸發(fā)：直接影響地下水的補給與蒸發(fā)，從而影響地下水動態(tài)。10.2地下水動態(tài)的影響因素間斷性的降水，710.2地下水動態(tài)的影響因素氣溫：影響降水的形式、蒸發(fā)強度、淺層地下水水溫。氣壓：對潛水位產(chǎn)生偽變化。潛水位變動伴隨的相應潛水儲存量的變化為真變化；不反映潛水水量增減的潛水位變化，為偽變化。一般，氣象要素具有晝夜、季節(jié)和多年性周期變化，地下水動態(tài)也有相似的周期性變化。但存在時間上的滯后現(xiàn)象。10.2地下水動態(tài)的影響因素氣溫：影響降水的形式、蒸發(fā)強度810.2地下水動態(tài)的影響因素10.2地下水動態(tài)的影響因素910.2地下水動態(tài)的影響因素10.2地下水動態(tài)的影響因素1010.2地下水動態(tài)的影響因素10.2地下水動態(tài)的影響因素1110.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位降落漏斗剖面圖10.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位降落漏斗剖面圖1210.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位與開采量關(guān)系圖10.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位與開采量關(guān)系圖1310.2地下水動態(tài)的影響因素

某庫水位與鉆孔水位過程線10.2地下水動態(tài)的影響因素1410.2地下水動態(tài)的影響因素開采狀態(tài)下地下水流態(tài)剖面示意圖10.2地下水動態(tài)的影響因素開采狀態(tài)下地下水流態(tài)剖面示意圖1510.2地下水動態(tài)的影響因素水文因素

地表水體補給地下水而引起地下水位抬升時，隨著遠離河流，水位變幅減小，發(fā)生變化的時間滯后。河水對地下水動態(tài)的影響一般為數(shù)百米到數(shù)公里，在此范圍外，主要受氣候因素的影響。濱海地區(qū)海水潮汐的影響，使地下水位呈現(xiàn)一天兩次升降的周期性變化。地質(zhì)因素巖性和巖相等的影響是長期緩慢的，它不反映在地下水的周期性變化上。如巖性、給水度、滲透系數(shù)的大小在短期內(nèi)變化不大，但在較長期內(nèi)可以逐漸增大。10.2地下水動態(tài)的影響因素水文因素1610.2地下水動態(tài)的影響因素構(gòu)造因素是一個區(qū)域性的影響因素。地震、火山活動的影響是短期影響。在震前地下水位急劇上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水化學成分也會改變。土壤和生植物因素土壤的影響主要表現(xiàn)為對潛水化學成分的改變，尤其是在土壤鹽漬化和沼澤化兩地區(qū)最為明顯。生植物的影響表現(xiàn)在兩個方面：植物蒸騰對潛水動態(tài)的影響；細菌對地下水化學成分的影響。10.2地下水動態(tài)的影響因素構(gòu)造因素是一個區(qū)域性的影響因素1710.2地下水動態(tài)的影響因素人為因素疏干類型：集水建筑物采水、礦坑排水等各種排水工程；充水類型：渠道、水庫、堤壩、灌溉系統(tǒng)等。10.2地下水動態(tài)的影響因素人為因素1810.3地下水動態(tài)類型

根據(jù)排泄方式和水交替條件，潛水的動態(tài)類型分為：入滲—蒸發(fā)型：分布在干旱、半干旱的平原或山間盆地中心，地下水埋深淺。補給：當?shù)亟邓?、地表水入滲（但不豐沛）徑流：微弱排泄：蒸發(fā)為主10.3地下水動態(tài)類型根據(jù)排泄方式和水交替條件，潛水1910.3地下水動態(tài)類型動態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季節(jié)變化明顯，長期中地下水不斷向鹽化方向發(fā)展，土壤易鹽漬化。入滲—徑流型：分布在山前或山區(qū)。降水與地表水入滲補給豐沛，徑流強烈，蒸發(fā)微弱。動態(tài)特征：年水位變幅大而不均（由分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大而?。?0.3地下水動態(tài)類型動態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季2010.3地下水動態(tài)類型水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中地下水不斷趨向淡化。入滲—蒸發(fā)、徑流型（弱徑流型、過渡型）分布在降水豐沛的濕潤平原或盆地中心。降水與地表水入滲補給豐沛，徑流微弱，蒸發(fā)也微弱，仍以徑流排泄為主。動態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中地下水不斷向淡化方向發(fā)展。10.3地下水動態(tài)類型水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中地下2110.3地下水動態(tài)類型徑流-蒸發(fā)型

分布在干旱內(nèi)陸盆地遠山及盆地中心，地下水埋深淺。

以側(cè)向徑流補給為主，蒸發(fā)方式排泄

動態(tài)特征：

年水位變幅小而均勻，水質(zhì)缺乏明顯的季節(jié)性變化，水土向鹽化方向演變。10.3地下水動態(tài)類型徑流-蒸發(fā)型2210.3地下水動態(tài)類型

承壓含水層的動態(tài)類型分為滲入--徑流型：

動態(tài)變化程度取決于構(gòu)造開啟程度：構(gòu)造開啟程度越高，水交替越強烈，動態(tài)變化也越強烈，水質(zhì)的淡化趨勢越明顯。10.3地下水動態(tài)類型承壓含水層的動態(tài)類型分為2310.4天然條件下的地下水均衡

主要考慮水量平衡水均衡方程式(hydrologicequation)基本關(guān)系式：儲量變化=收入量–支出量(△W)(A)(B)對陸地上某均衡區(qū)在均衡期內(nèi)，A包括：大氣降水量（X）地表水的流入量(Y1)地下水流入量（W1）(承壓水的越流量和側(cè)向補給量)10.4天然條件下的地下水均衡主要考慮水量平衡2410.4天然條件下的地下水均衡10.4天然條件下的地下水均衡2510.4天然條件下的地下水均衡凝結(jié)水量（Z1）B包括：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸發(fā)量（Z2）△W包括：地表水變化量（V）10.4天然條件下的地下水均衡凝結(jié)水量（Z1）2610.4天然條件下的地下水均衡包氣帶水變化量（m）潛水變化量（u△h）承壓水變化量（ue

△hc）其中：u為潛水層給水度

△h為均衡期潛水位變化ue為承壓水層彈性給水度（=Ss）△hc為承壓水測壓水位變化值10.4天然條件下的地下水均衡包氣帶水變化量（m）2710.4天然條件下的地下水均衡總水均衡方程式

X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1)=V+m+u△h+ue

△hc潛水均衡

收入項A包括：降水入滲補給量Xf地表水入滲補給量Yf凝結(jié)水補給量(Zc)上游斷面潛水流入量（Wu1）下伏承壓水越流補給量（Qt）10.4天然條件下的地下水均衡總水均衡方程式2810.4天然條件下的地下水均衡10.4天然條件下的地下水均衡2910.4天然條件下的地下水均衡

支出項B包括：潛水蒸發(fā)量（Zu）(土面蒸發(fā)、植物蒸騰)潛水以泉或泄流形式排泄量（Qd）下游斷面流出量（Wu2）

儲量變化△W為：u△h

則潛水均衡方程式為：

u△h=（Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt）-(Zu+Qd+Wu2)10.4天然條件下的地下水均衡支出項B包括：3010.4天然條件下的地下水均衡干旱半干旱平原潛水多年均衡方程式：

Xf+Yf=Zu濕潤山區(qū)潛水多年均衡方程式：

Xf+Yf=Qd10.4天然條件下的地下水均衡干旱半干旱平原潛水多年均衡方3110.5人為活動下的地下水均衡

評價人類活動對地下水動態(tài)的影響，預測水量水質(zhì)的變化趨勢，提出合理調(diào)控地下水的措施。烏茲別克斯坦某灌區(qū)潛水均衡方程：

f1-灌渠水入滲補給量f2-田面水入滲補給量Qr-通過排水溝排走的潛水水量10.5人為活動下的地下水均衡評價人類活動對地下水3210.5人為活動下的地下水均衡以一個水文年為均衡期，經(jīng)觀測計算求得：31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.0結(jié)論：①正均衡，水位上升620mm，增加潛水儲量31mm(μ=0.05).長此以往，會產(chǎn)生土壤鹽堿化②灌溉水入滲是潛水水位抬升的主因③現(xiàn)有設(shè)施排水能力不夠④防止鹽堿化措施：或減少灌水入滲量或增加排水量10.5人為活動下的地下水均衡以一個水文年為均衡期，經(jīng)觀測3310.6大區(qū)域地下水均衡研究中的問題大區(qū)域均衡計算和各子系統(tǒng)均衡計算時要避免重復計算。舉例以下堆積平原：避免W2和Qt的重復計算10.6大區(qū)域地下水均衡研究中的問題大區(qū)域均衡計算和各3410.6大區(qū)域地下水均衡研究中的問題整個含水系統(tǒng)均衡式：山前沖洪積平原潛水均衡式：沖積湖積平原淺層水均衡式：沖積湖積平原深層水均衡式：10.6大區(qū)域地下水均衡研究中的問題整個含水系統(tǒng)均衡式：35第10章地下水的動態(tài)與均衡有關(guān)的基本概念地下水動態(tài)(Groundwaterregime)地下水均衡(Groundwaterbalance)第10章地下水的動態(tài)與均衡3610.1動態(tài)與均衡的概念動態(tài)(Fluctuation)

地下水的各要素（水位、水量、水質(zhì)、水溫、流速、流向等）在自然和人為因素的綜合影響下隨時間作有規(guī)律的變化。均衡(Balance)

利用質(zhì)量守恒定律分析地下水在某地區(qū)某時段內(nèi)水量、熱量和鹽量的收入與支出之間的平衡關(guān)系。水量的收支關(guān)系——水量平衡鹽量的收支關(guān)系——鹽量平衡熱量的收支關(guān)系——熱量平衡10.1動態(tài)與均衡的概念動態(tài)(Fluctuation)3710.1動態(tài)與均衡的概念收入＞支出正均衡收入＜支出負均衡均衡區(qū)：進行均衡計算所選定的地區(qū)。均衡期：進行均衡計算的時間段。動態(tài)與均衡的關(guān)系

一般而言，動態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)，均衡是動態(tài)變化的內(nèi)部原因。10.1動態(tài)與均衡的概念收入＞支出3810.1動態(tài)與均衡的概念研究意義檢驗并完善前期水文地質(zhì)研究結(jié)論查明地下水資源數(shù)量、質(zhì)量及其變化為擬定合理的地下水利用、防治方案及措施提高依據(jù)檢驗實施中的利用、防治方案及措施的合理性10.1動態(tài)與均衡的概念研究意義3910.2地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)形成機制

將地下水動態(tài)理解為含水層（含水系統(tǒng)）對環(huán)境施加的激勵所產(chǎn)生的響應。10.2地下水動態(tài)的影響因素地下水動態(tài)形成機制4010.2地下水動態(tài)的影響因素

也可理解為含水層（含水系統(tǒng)）對輸入信息變換后產(chǎn)生的輸出信息。10.2地下水動態(tài)的影響因素也可理解為含水層（含水4110.2地下水動態(tài)的影響因素

間斷性的降水，通過含水層（含水系統(tǒng)）的變換，將轉(zhuǎn)換成比較連續(xù)的地下水位變化或泉流量變化。影響地下水動態(tài)的因素輸入信息因素：氣象因素（降水、蒸發(fā)、氣溫、氣壓）和水文因素輸出信息因素：地形、地質(zhì)和人為因素氣象因素：是影響地下水動態(tài)的主要因素。降水和蒸發(fā)：直接影響地下水的補給與蒸發(fā)，從而影響地下水動態(tài)。10.2地下水動態(tài)的影響因素間斷性的降水，4210.2地下水動態(tài)的影響因素氣溫：影響降水的形式、蒸發(fā)強度、淺層地下水水溫。氣壓：對潛水位產(chǎn)生偽變化。潛水位變動伴隨的相應潛水儲存量的變化為真變化；不反映潛水水量增減的潛水位變化，為偽變化。一般，氣象要素具有晝夜、季節(jié)和多年性周期變化，地下水動態(tài)也有相似的周期性變化。但存在時間上的滯后現(xiàn)象。10.2地下水動態(tài)的影響因素氣溫：影響降水的形式、蒸發(fā)強度4310.2地下水動態(tài)的影響因素10.2地下水動態(tài)的影響因素4410.2地下水動態(tài)的影響因素10.2地下水動態(tài)的影響因素4510.2地下水動態(tài)的影響因素10.2地下水動態(tài)的影響因素4610.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位降落漏斗剖面圖10.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位降落漏斗剖面圖4710.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位與開采量關(guān)系圖10.2地下水動態(tài)的影響因素地下水位與開采量關(guān)系圖4810.2地下水動態(tài)的影響因素

某庫水位與鉆孔水位過程線10.2地下水動態(tài)的影響因素4910.2地下水動態(tài)的影響因素開采狀態(tài)下地下水流態(tài)剖面示意圖10.2地下水動態(tài)的影響因素開采狀態(tài)下地下水流態(tài)剖面示意圖5010.2地下水動態(tài)的影響因素水文因素

地表水體補給地下水而引起地下水位抬升時，隨著遠離河流，水位變幅減小，發(fā)生變化的時間滯后。河水對地下水動態(tài)的影響一般為數(shù)百米到數(shù)公里，在此范圍外，主要受氣候因素的影響。濱海地區(qū)海水潮汐的影響，使地下水位呈現(xiàn)一天兩次升降的周期性變化。地質(zhì)因素巖性和巖相等的影響是長期緩慢的，它不反映在地下水的周期性變化上。如巖性、給水度、滲透系數(shù)的大小在短期內(nèi)變化不大，但在較長期內(nèi)可以逐漸增大。10.2地下水動態(tài)的影響因素水文因素5110.2地下水動態(tài)的影響因素構(gòu)造因素是一個區(qū)域性的影響因素。地震、火山活動的影響是短期影響。在震前地下水位急劇上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水化學成分也會改變。土壤和生植物因素土壤的影響主要表現(xiàn)為對潛水化學成分的改變，尤其是在土壤鹽漬化和沼澤化兩地區(qū)最為明顯。生植物的影響表現(xiàn)在兩個方面：植物蒸騰對潛水動態(tài)的影響；細菌對地下水化學成分的影響。10.2地下水動態(tài)的影響因素構(gòu)造因素是一個區(qū)域性的影響因素5210.2地下水動態(tài)的影響因素人為因素疏干類型：集水建筑物采水、礦坑排水等各種排水工程；充水類型：渠道、水庫、堤壩、灌溉系統(tǒng)等。10.2地下水動態(tài)的影響因素人為因素5310.3地下水動態(tài)類型

根據(jù)排泄方式和水交替條件，潛水的動態(tài)類型分為：入滲—蒸發(fā)型：分布在干旱、半干旱的平原或山間盆地中心，地下水埋深淺。補給：當?shù)亟邓?、地表水入滲（但不豐沛）徑流：微弱排泄：蒸發(fā)為主10.3地下水動態(tài)類型根據(jù)排泄方式和水交替條件，潛水5410.3地下水動態(tài)類型動態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季節(jié)變化明顯，長期中地下水不斷向鹽化方向發(fā)展，土壤易鹽漬化。入滲—徑流型：分布在山前或山區(qū)。降水與地表水入滲補給豐沛，徑流強烈，蒸發(fā)微弱。動態(tài)特征：年水位變幅大而不均（由分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大而?。?0.3地下水動態(tài)類型動態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季5510.3地下水動態(tài)類型水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中地下水不斷趨向淡化。入滲—蒸發(fā)、徑流型（弱徑流型、過渡型）分布在降水豐沛的濕潤平原或盆地中心。降水與地表水入滲補給豐沛，徑流微弱，蒸發(fā)也微弱，仍以徑流排泄為主。動態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中地下水不斷向淡化方向發(fā)展。10.3地下水動態(tài)類型水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中地下5610.3地下水動態(tài)類型徑流-蒸發(fā)型

分布在干旱內(nèi)陸盆地遠山及盆地中心，地下水埋深淺。

以側(cè)向徑流補給為主，蒸發(fā)方式排泄

動態(tài)特征：

年水位變幅小而均勻，水質(zhì)缺乏明顯的季節(jié)性變化，水土向鹽化方向演變。10.3地下水動態(tài)類型徑流-蒸發(fā)型5710.3地下水動態(tài)類型

承壓含水層的動態(tài)類型分為滲入--徑流型：

動態(tài)變化程度取決于構(gòu)造開啟程度：構(gòu)造開啟程度越高，水交替越強烈，動態(tài)變化也越強烈，水質(zhì)的淡化趨勢越明顯。10.3地下水動態(tài)類型承壓含水層的動態(tài)類型分為5810.4天然條件下的地下水均衡

主要考慮水量平衡水均衡方程式(hydrologicequation)基本關(guān)系式：儲量變化=收入量–支出量(△W)(A)(B)對陸地上某均衡區(qū)在均衡期內(nèi)，A包括：大氣降水量（X）地表水的流入量(Y1)地下水流入量（W1）(承壓水的越流量和側(cè)向補給量)10.4天然條件下的地下水均衡主要考慮水量平衡5910.4天然條件下的地下水均衡10.4天然條件下的地下水均衡6010.4天然條件下的地下水均衡凝結(jié)水量（Z1）B包括：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸發(fā)量（Z2）△W包括：地表水變化量（V）10.4天然條件下的地下水均衡凝結(jié)水量（Z1）6110.4天然條件下的地下水均衡包氣帶水變化量（m）潛水變化量（u△h）承壓水變化量（ue

△hc）其中：u為潛水層給水度

△h為均衡期潛水位變化ue為承壓水層彈性給水度（=Ss）△hc為承壓水測壓水位變化值10.4天然條件下的地下水均衡包氣帶水變化量（m）6210.4天然條件下的地下水均衡總水均衡方程式

X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1)=V+m+u△h+ue

△hc潛水均衡

收入項A包括：降水入滲補給量Xf地表水入滲補給量Yf凝結(jié)水補給量(Zc)上游斷面潛水流入量（Wu1）下伏承壓水越流補給量（Qt）10.4天然條件下的地下水均衡總水均衡方程式6310.4天然條件下的地下水均衡10.