水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)6

第六章地下水的動(dòng)態(tài)與均衡學(xué)習(xí)導(dǎo)航：學(xué)習(xí)中注意與上一章知識(shí)的聯(lián)系與區(qū)別學(xué)習(xí)中要從系統(tǒng)論來考慮問題地下水的動(dòng)態(tài)地下水的均衡結(jié)果要求地下水系統(tǒng)包括地下水的含水系統(tǒng)和地下水的流動(dòng)系統(tǒng)地下水含水系統(tǒng)：是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系。地下水的流動(dòng)系統(tǒng)是指由源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時(shí)空演變過程的地下水體。地下水系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）整體性（2）反饋性（3）邊界可變性（4）級(jí)次性（5）開放性地下水含水系統(tǒng)主要受到地質(zhì)構(gòu)造的控制大方面分為兩類：松散沉積物構(gòu)成的含水系統(tǒng)邊界常為不透水的堅(jiān)硬基巖內(nèi)部一般存在不完全隔水的巖層，即各含水層間通過“天窗”有水力聯(lián)系基巖構(gòu)成的含水系統(tǒng)發(fā)育于一定的構(gòu)造之中往往有厚而穩(wěn)定的泥質(zhì)巖層構(gòu)造隔水層地下水的流動(dòng)系統(tǒng)地下流動(dòng)（流動(dòng)）系統(tǒng)的幾種模式裘不依假設(shè)（平面流）哈伯特的河間地塊流動(dòng)模式，圖5-38托思的均質(zhì)各向同性潛水盆地的理想水流模式，圖5-39費(fèi)特提出兩徑流系統(tǒng)的交接處可能存在駐點(diǎn)，圖5-40實(shí)例，圖5-41、圖5-42地下水的流動(dòng)系統(tǒng)地下水流動(dòng)系統(tǒng)的水化學(xué)特征地下水水質(zhì)是隨著流動(dòng)過程而不斷變化的，地下水化學(xué)成分呈時(shí)空演變的有序圖景。水質(zhì)決定于以下因素：（1）輸入水質(zhì)（2）流程（3）流速（4）流程上遇上的物質(zhì)及其可遷移性（5）流程上經(jīng)受的各種水化學(xué)作用水質(zhì)在時(shí)間和空間上都存在差異性地下水的流動(dòng)系統(tǒng)地下水流動(dòng)系統(tǒng)的水溫特征恒溫帶以下上低下高補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)地溫不同第一節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念定義：地下水的動(dòng)態(tài)是指地下水的數(shù)量和質(zhì)量（水位、流量、水溫、水化學(xué)成分等）在各種因素影響下隨時(shí)間的變化情況。某一時(shí)間段內(nèi)某一地段地下水水質(zhì)、水量收支平衡的數(shù)量關(guān)系稱作地下水均衡。地下水動(dòng)態(tài)與地下水均衡之間的關(guān)系：地下水動(dòng)態(tài)是地下水均衡的外部表現(xiàn)，而地下水均衡則是地下水動(dòng)態(tài)的內(nèi)在原因。地下水動(dòng)態(tài)與均衡的研究意義開發(fā)利用地下水礦坑疏排水水資源管理與評(píng)價(jià)改良土壤疏干排水含水層儲(chǔ)熱性能的利用第二節(jié)影響地下水動(dòng)態(tài)的因素氣候因素：主要是降雨、蒸發(fā)及氣壓等因素。不同時(shí)間段受氣候影響的地下水變化規(guī)律晝夜變化:主要是氣溫和氣壓變化引起的,含水本身的水位水量并沒有發(fā)生變化。季節(jié)性變化:主要由降水和蒸發(fā)引起的。見圖6-1緩變型：平原松散沉積區(qū)的潛水，動(dòng)態(tài)曲線平緩。突變型：巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)，動(dòng)態(tài)曲線形狀尖陡，暴漲暴落且與降水同步。見圖6-2滯后型:深部承壓水,與地表水聯(lián)系不緊密,對(duì)降水影響有滯后效應(yīng)。多年性變化：一般與太陽黑子有關(guān)，11年為一周期，見圖6-3第二節(jié)影響地下水動(dòng)態(tài)的因素人為因素：在天然狀態(tài)下，地下水動(dòng)態(tài)圍繞某一范圍波動(dòng)，但人類活動(dòng)卻會(huì)打破天然動(dòng)態(tài)。主要影響因素：地下水開發(fā)、礦區(qū)疏干排水、農(nóng)業(yè)灌溉、修建地表和地下水水庫、修建運(yùn)河、渠道、跨區(qū)域調(diào)水工程、城市污水排放、污灌和人工補(bǔ)給等實(shí)例農(nóng)業(yè)灌溉，見圖6-6城市地下水開采,見圖6-7、6-8、6-9礦井疏干水,見圖6-10人工回灌，見圖6-11第二節(jié)影響地下水動(dòng)態(tài)的因素地質(zhì)因素：對(duì)地下水的影響并不反映于其周期性上，而是反映在形成特征方面，即通過控制含水層本身的結(jié)構(gòu)及賦存環(huán)境，影響補(bǔ)給、排泄的強(qiáng)度及徑流條件，從而改變地下水要素的變化幅度與滯后時(shí)間。地質(zhì)構(gòu)造巖石性質(zhì)埋藏條件地震（圖6-5）注意區(qū)別水位傳遞速度和地下水實(shí)際流速第三節(jié)地下水動(dòng)態(tài)類型及煤礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測動(dòng)下水動(dòng)態(tài)的類型朗格的分類：考慮影響因素將潛水分為三個(gè)組和若干亞組氣候組：分濕潤和干燥兩個(gè)亞組水文組：分補(bǔ)給和回水兩個(gè)亞組人為組：分灌溉和開采兩個(gè)亞組卡明基分類：考慮潛水的水動(dòng)力特點(diǎn)，將地下水分四類分水嶺型沿岸型山前型和巖溶型多年凍結(jié)型第三節(jié)地下水動(dòng)態(tài)類型及煤礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測地下水動(dòng)態(tài)長期觀測任務(wù)確定地下水之間、地下水與地表水之間的水力聯(lián)系，地下水和地表水及大氣降水等與礦井充水的關(guān)系；預(yù)計(jì)礦井礦井涌水量及其與開采面積、深度、巷道掘進(jìn)長度的關(guān)系；分析斷層和含水層的富水性、導(dǎo)水性，為礦區(qū)供水及礦井水文地質(zhì)條件作綜合性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。觀測內(nèi)容與方法，詳見表6-2第四節(jié)地下水均衡幾個(gè)概念地下水均衡：某一些時(shí)間地段內(nèi)某一地段地下水水質(zhì)，水量收支平衡的數(shù)量關(guān)系。地下水均衡研究：就是利用質(zhì)量守恒定律去分析參與水循環(huán)的各要素之間的數(shù)量關(guān)系。均衡區(qū)：進(jìn)行水均衡計(jì)算所選定的地區(qū)稱為均衡區(qū)。均衡期：進(jìn)行均衡計(jì)算的時(shí)間段，稱為均衡期。正均衡：某一均衡區(qū)，在一定均衡期內(nèi)，地下水水量（鹽量、熱量）的收入大于支出。負(fù)均衡：反之，支出大于收入，地下水儲(chǔ)存量（鹽儲(chǔ)量、熱儲(chǔ)量）減少，稱作負(fù)均衡。第四節(jié)地下水均衡水均衡方程式：某一均衡區(qū)要一定的均衡期內(nèi)，水的收入量與支出量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。陸地某一地區(qū)的水均衡方程式：收入項(xiàng)（A）：大氣降水量（X）、地表水流入量（Y1）、地下水流入量（W1）、水汽凝結(jié)量（Z1）支出項(xiàng)（B）：地表水流出量（Y2）、地下水流出量（W2）、蒸發(fā)量（Z2）儲(chǔ)量變化量（）：地表水變化量（V），包氣帶水變化量（m），潛水變化量（）承壓水變化量（）第四節(jié)地下水均衡人為影響下的地下水均衡：在自然因素的前提下，加上一個(gè)人為影響的水量。抽水：支出項(xiàng)加上一個(gè)抽水量礦井開采：考慮礦井排水量農(nóng)業(yè)灌溉：考慮灌入量及溝渠排水量第四節(jié)地下水均衡地下水均衡計(jì)算步驟及實(shí)例水均衡計(jì)算和評(píng)價(jià)的主要步驟在查明區(qū)域地下水條件，確定均衡要素并建立均衡方程式劃分均衡區(qū)確定水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量，根據(jù)均衡方程，按每一項(xiàng)逐步進(jìn)行計(jì)算結(jié)論第四節(jié)地下水均衡實(shí)例2：克雷洛夫?qū)χ衼喣彻鄥^(qū)的潛水均衡研究1、均衡公式：2、計(jì)算結(jié)果：31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.03、結(jié)論：補(bǔ)給量大于排泄量，土壤有鹽漬化危險(xiǎn)，需減少灌水入滲，或加大排水量。第四節(jié)地下水均衡實(shí)例3：唐山市處于燕山南麓，地勢北高南低北高，多年平均降雨量為648.1mm,地表水有5條河流,2個(gè)水庫及一些坑塘洼地，埋深150m以上的潛水---半承壓水，為市區(qū)農(nóng)業(yè)及部分工業(yè)、生活用水的主要開采層，單位涌水量5~25m3/h·m,地下水自1973年逐步下降，各含水層水位下降速度在0.42~1.67m/a之間，試結(jié)合其它有關(guān)因素對(duì)其水均衡狀況作出評(píng)價(jià)。1.分析水文地質(zhì)條件及氣候條件：主要補(bǔ)給因素：降雨入滲、地表水入滲、灌溉回歸及區(qū)外徑流補(bǔ)給等；排泄項(xiàng)有：工業(yè)開采、生活用水、農(nóng)業(yè)開采、礦坑排水、地下徑流向區(qū)外排泄、潛水蒸發(fā)和泉水溢出等。第四節(jié)地下水均衡2均衡區(qū)劃分：劃分為兩個(gè)均衡區(qū)計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)，見表6-3評(píng)價(jià)：全區(qū)補(bǔ)給量小于排泄量，處于超采狀態(tài)。第四節(jié)地下水均衡例4某露天礦位于近似封閉的盆地