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1、,第六章 地下水的动态与均衡,第一节 地下水动态与均衡的概念 第二节 地下水的动态 第三节 地下水均衡,第一节 地下水动态与均衡的概念,一、概念,地下水动态：在与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化。 地下水的水量、水质的变化实质上是由含水系统中地下水的补给量、排泄量、储存量变化的综合表现。 地下水均衡：在某一时段内，某一区域（或地段内）研究地下水水量、水质或热量收支的数量关系。,2000年12月末北京市平原区地下水深比较图 埋深(m),2000年12月末北京市平原区地下水储变量图 减少储量（亿m3）,二、研究意义,1.在天然条件下，地下水的
2、动态是地下水埋藏条件和形成条件的综合反映。 2.地下水动态是均衡的外部表现，可利用地下水动态资料计算地下水的某些均衡要素。,3.地下水动态资料是地下水资源评价和预测时必不可少的依据。 4.计算的地下水允许开采量，必须能经受地下水均衡计算的检验。 5.研究均衡状态，预测地下水水量、水质及与地下水有关的环境地质作用的变化及发展趋势。,二、研究意义,第二节 地下水的动态,一、地下水动态的形成机制,环境相互作用 降水补给地下水系统水位上升 (出现变化） 激励脉冲式的降水 响应波状信号的信息,降水补给引起地下水位响应滞后-延迟,输入与输出的对应关系,时间滞后,时间延迟,降水补给引起地下水位响应滞后-延迟
3、-叠加,信息传输中的迭合,一、地下水动态的形成机制,地下水水位对外界输入（降水）响应的特点： （1）滞后和延迟现象 （2）有叠加现象 因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出）的变化幅度是含水系统内部结构作用的结果 某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量 动态稳定变化幅度小 动态不稳定变化幅度大,地下水动态曲线,河北饶阳地区地下水位动态曲线,思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些,二、地下水动态的影响因素气象因素,1、气象（气候）因素决定动态总轮廓 特点：大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素) 气象因素表现： 降水的年内季节性变化 降水的 多年变化（如11年周期） 降水
4、的 昼夜变化 与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化 昼夜变化 -在许多地区不明显 多年变化 -研究周期长 年内变化 -最突出,地下水动态曲线,伪变化,真变化,由降雨引起的地下水动态变化有三类： 缓变型 突变型 滞后型,1、气象（气候）因素,潜水动态曲线 （19541955，北京） 虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量,1、气象（气候）因素,太阳黑子的周期性变化 气候多年变化 ：,前苏联卡明草原地下水位变化图 阿利托夫斯基等，1956 （根据每年9月1日水位资料绘成；实点为实测水位，空心点为水位的可值）,二、地下水动态的影响因素水文因素,2、水文因素 指地表水体的变
5、化对地下水动态的影响,河流与地下水联系形式有三类： （1）河流始终补给地下水； （2）河流始终排泄地下水； （3）洪水期河流补给地下水，枯水期地下水补给河水。,二、地下水动态的影响因素水文因素,2、水文因素 从下图中可以看出什么规律？ 思考？与潜水比较, 受河水位影响承压水动态有何特点？,河流补给潜水,二、地下水动态的影响因素水文因素,2、水文因素,莱茵河洪水对潜水的影响 转引自卡明斯基，1958 1、2、3、4观测井潜水位，数字大的距河远；6莱茵河水位,二、地下水动态的影响因素水文因素,2、水文因素,河流排泄潜水,二、地下水动态的影响因素地质因素,3、地质因素 地质因素是间接因素（相当于滤波
6、器） 气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓 地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用 潜水位的埋深 地下水所处的空间部位：补给区，排泄区。一般而言，补给区较排泄区更不稳定 包气带岩性：K起作用； 饱水带岩性：K和均起作用,岩溶水动态特征,云南喷水洞地下暗河流量动态曲线,岩溶水动态,地震迅速强烈地影响地下水的动态： 相应地可以引起水质的变化。,NOTE：不要把水位传递速度与地下水实际流速混为一谈。,压力传递,质量运移,水量问题,水质问题 （如水质污染问题）,控制,研究问题,水位传递速度,地下水实际流速,二、地下水动态的影响因素人为因素,4、人为因素 包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、
7、污水排放等,河北饶阳五公里河地下水位变化曲线 据河北省第九地质大队,二、地下水动态的影响因素人为因素,4、人为因素,河北保定西部地下水位变化曲线 据河北省地矿局第四水文地质大队,采排地下水,二、地下水动态的影响因素人为因素,4、人为因素,河北冀县新庄潜水位变化曲线 1潜水位；2月降水量,修建水库，利用地表水灌溉， 补给地下水,二、地下水动态的影响因素人为因素,4、人为因素,河北冀县新庄潜水位变化曲线 1潜水位；2月降水量,修建水库，利用地表水灌溉， 补给地下水,渗入径流型 渗入蒸发型,三、地下水天然动态类型,潜水、承压水由于排泄方式、交替程度不同，两者的动态特征也不同 1、潜水的动态类型三种类
8、型 渗入蒸发型 主要出现在干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆地。 渗入径流型 广泛分布于山区及山前 渗入蒸发、径流型 气候湿润的平原与盆地，蒸发排泄有限，径流排泄为主，但径流微弱。,三、地下水天然动态类型,2、承压水 渗入径流型 动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。,第三节 地下水均衡,地下水均衡方程式质量守恒定律 均衡：某一时间段、某一地段内，地下水水量（热量、盐量、能量）的收支状况，称为地下水均衡 均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的） 均衡期：均衡计算的时间段（一个水文年） 均衡方程式一般表达形式：A - B = W
9、A收入项；B支出项 W均衡时段内，均衡区的水量变化量 均衡结果（表现）：正均衡或负均衡,一、均衡区与均衡期,潜水均衡,二、天然条件下潜水水均衡方程式,潜水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h,h,潜水均衡方程式,Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h 几种条件下的潜水均衡方程式： 干旱半干旱平原区：忽略Zc ；地形切割微弱Qd0； 无越流时Qt =0；径流滞缓Wu1 Wu2 0； Xf + Yf - Zu =h 多年均衡条件下 ：h =0，则 Xf + Yf = Zu 湿润山区潜水均
10、衡 Zu =0 Xf + Yf = Qd 强烈开采区 Xf + Yf = Q开,三、区域地下水均衡,堆积平原含水系统地下水均衡模式图,堆积平原含水系统地下水均衡模式分析,用含水系统分析，水量均衡方程：,进行水均衡研究或计算，切忌避免重复；否则会人为地夸大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果,分区（三段均衡区）分析：,堆积平原含水系统地下水均衡模式图,（1）随着潜水位下降，地下水不再溢出成泉，Qd0 （2）W2减小； （3）Zu1变小； （4）W1增加； （5）Yf1增大； （6）可能使Xf1增大。,假定单独开采山前平原的潜水,专门目的的地下水均衡研究举例,某地处于半干旱山前冲洪积平原，利
11、用潜水及部分地表水进行灌溉，由于地下水开采量大于补给量，水位逐年下降；要求确定需从区外引入的地表水量。 收入项 AXf+Yf+f+ Wu1 支出项 B=Qk十Wu2 式中：f灌溉水入渗补给潜水量； Qk潜水开采量；,由于潜水埋深普遍大于3米，据观测，蒸发损失极小，故忽略不计。据此，地下水均衡方程式为： h=Xf+Yf+f+ Wu1QkWu2 或 hQkWu2=Xf+Yf+f+ Wu1 如本区灌溉总需水量为Q，则为了保持地下水位不继续下降，应补充引入灌溉用地表水量Qi为： QiQ-A=Q-(hQkWu2) 而调整后地下水开采量应等于Qk-Qi。,按目前强度继续开采地下水，若干年后地下水位的下降值
12、将为：,地下水盐分均衡概述,目的：预测天然条件下或人为影响下，某个地区盐分储量的变化。 SS1+S2+S3-S4-S5 式中：S均衡期盐份储量变化，为地表水体，包气带 及含水层中盐份储量变化的总和，S/km2 ； S1大气降水携来的盐量，S/km2； S2地表水流入携来的盐量，S/km2 ； S3地下水流入携来的盐量，S/km2 ； S4地表水流出带走的盐量，S/km2 ； S5地下水流出带走的盐量，S/km2 。,潜水盐分均衡方程式为： S” S1”+S2”+S3”-S4”-S5”-S6” 式中：S”潜水盐分储量变化; S1”降水入渗补给潜水的盐量； S2”地表水入渗补给潜水的盐量; S3” 潜水流入携来的盐量; S4”潜水通过蒸发及蒸腾转入包气带及植物机体的 盐量; S5”潜水流出带走的盐量； S6”排水带走的盐量。,本章小节,地下水动态主要是含水系统水量（盐量、热量等）收支平衡状况的综合表现。 影响地下水动态的因素有：气象、水文、地质条件和人类活动。 地下水均衡计算，应从系统角度遵循质量守恒定律来分析。 地下水量均衡方程式的一般表达式为： 收入项 支出项 = 系统储存量的变化,思考题,1、一个地区，如何依据地下水动态变化特征，分析地下水均衡状况（或特点）。 2、强烈人工开采条件下，抽水井的水有哪些来源？潜水均衡方程式将有哪些变化。,本章结束，谢谢！,
