水文地质学基础第九章地下水地下水动态与均衡.ppt

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1、LOGOFundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础第九章第九章 地下水动态与均衡地下水动态与均衡主讲教师：张卫民主讲教师：张卫民本章内容本章内容 9.1 地下水的动态地下水的动态 9.2 地下水的均衡地下水的均衡Company Logo9.1 9.1 地下水的动态地下水的动态v含水层（含水系统）经常与环境发生物质、能量与信息含水层（含水系统）经常与环境发生物质、能量与信息的交换，时刻处于变化之中的交换，时刻处于变化之中与时间有关与时间有关v地下水动态的概念地下水动态的概念 在与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素在与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素（如水

2、位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化，（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化，称之地下水动态。称之地下水动态。v地下水动态的原因地下水动态的原因 含水层含水层(含水系统含水系统)水量、盐量，热量、能量收支不水量、盐量，热量、能量收支不平衡的结果。例如，当补给水量大于排泄水量时，储存平衡的结果。例如，当补给水量大于排泄水量时，储存水量增加，地下水位上升；反之，储存水量减少，水位水量增加，地下水位上升；反之，储存水量减少，水位下降。下降。Company Logo9.1.19.1.1地下水动态的形成机制地下水动态的形成机制以地下水水位为例以地下水水位为例v降水降水补给地下水系统补给地

3、下水系统水位上升水位上升激励：激励：环境对系统的作用；环境对系统的作用；响应：响应：系统在接受激励后对环境的反应。系统在接受激励后对环境的反应。地地下下水水动动态态是是含含水水层层(含含水水系系统统)对对环环境境施施加加的的激激励励所所产生的产生的响应响应 激励激励脉冲式的降水脉冲式的降水 响应响应波状信号的水位波状信号的水位v地下水水位对外界输入（降水）所产生的响应特点：地下水水位对外界输入（降水）所产生的响应特点：（1 1）滞后和延迟现象）滞后和延迟现象（2 2）有叠加现象）有叠加现象地下水位地下水位响应响应Company Logo降水补给引起地下水位响应降水补给引起地下水位响应滞后滞后-

4、延迟延迟-叠加叠加Company Logo9.1.19.1.1地下水动态的形成机制地下水动态的形成机制以地下水水位为例以地下水水位为例v因因外外界界激激励励（或或输输入入）而而引引起起的的系系统统响响应应（或或输输出出）的的变化幅度是变化幅度是含水系统内部结构作用含水系统内部结构作用的结果的结果某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来衡量某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来衡量动态稳定动态稳定变化幅度小变化幅度小,承压水承压水动态不稳定动态不稳定变化幅度大，变化幅度大，潜水潜水地下水动态曲线地下水动态曲线Company Logo河北饶阳地区地下水位动态曲线河北饶阳地区地下水位动态曲线思考？

5、影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些？思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些？Company Logo9.1.2 9.1.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素1 1、气象（气候）因素、气象（气候）因素特点：特点：对潜水，大面积，普遍产生影响对潜水，大面积，普遍产生影响 (主要有降水与主要有降水与蒸发因素蒸发因素)。v气象因素表现：气象因素表现：降水的年内季节性变化降水的年内季节性变化降水的多年变化（如降水的多年变化（如1010年周期）年周期）降水的昼夜变化降水的昼夜变化v与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化昼夜变化昼夜变化 -在许

6、多地区不明显在许多地区不明显多年变化多年变化 -研究周期长，不太明显研究周期长，不太明显年内变化年内变化 -最突出、明显最突出、明显地下水动态曲线地下水动态曲线Company Logo气象（气候）因素气象（气候）因素图图93 潜水动态曲线潜水动态曲线（19541955，北京），北京）虚线为气温；兰色柱状为虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量Company Logo9.1.2 9.1.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素2 2、水文因素、水文因素 v指地表水体的变指地表水体的变化对地下水动态化对地下水动态的影响的影响v从右图中

7、可以看从右图中可以看出什么规律？出什么规律？与地表水体的距与地表水体的距离有关离有关思考？思考？与潜水比较与潜水比较,受河水位影响承受河水位影响承压水动态有何特压水动态有何特点？点？Company Logo9.1.2 9.1.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素3 3、地质因素、地质因素v 地质因素是间接因素（相当于滤波器）地质因素是间接因素（相当于滤波器）v 气候与水文因素决定了一个地区气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓地下水动态的总轮廓v 地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用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：潜水位的埋深：埋深的大小影响滞后埋深的

8、大小影响滞后-延迟时间和变幅；延迟时间和变幅；包气带岩性：包气带岩性：渗透性影响滞后渗透性影响滞后-延迟时间和变幅；延迟时间和变幅；饱水带岩性：饱水带岩性：渗透性和给水度影响动态变化范围和变幅；渗透性和给水度影响动态变化范围和变幅；地地下下水水所所处处的的空空间间部部位位：补补给给区区，排排泄泄区区。一一般般而而言言，补补给给区较排泄区更不稳定区较排泄区更不稳定 4 4、人为因素、人为因素包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等 岩溶水动态特征Company Logo云南喷水洞地下暗河流量动态曲线岩溶水动态岩溶水动态山西广胜寺岩溶泉流量动态曲

9、线Company Logo9.1.3 9.1.3 地下水天然动态类型地下水天然动态类型 潜潜水水、承承压压水水由由于于排排泄泄方方式式、交交替替程程度度不不同同，两两者者的的动动态特征也不同态特征也不同 1 1、潜水的动态类型潜水的动态类型三种类型三种类型v蒸发型蒸发型分分布布：主主要要出出现现在在干干旱旱半半干干旱旱地地区区，地地形形切切割割微微弱弱的的平原或盆地。平原或盆地。动动态态特特点点：年年水水位位变变幅幅小小，各各处处变变幅幅接接近近，水水质质季季节节变变化化明明显显，长长期期中中地地下下水水不不断断向向盐盐化化方方向向发发展展，并并使使土壤盐渍化土壤盐渍化。v径流型径流型分布：分

10、布：广泛分布于山区及山前。广泛分布于山区及山前。动动态态特特点点：年年水水位位变变幅幅大大而而不不均均(由由分分水水岭岭到到排排泄泄区区，年年水水位位变变幅幅由由大大到到小小)，水水质质季季节节变变化化不不明明显显，长长期期中中则不断趋于淡化则不断趋于淡化 Company Logo9.1.3 9.1.3 地下水天然动态类型地下水天然动态类型1 1、潜水的动态类型潜水的动态类型三种类型三种类型v弱径流型弱径流型分分布布：分分布布于于气气候候湿湿润润的的平平原原与与盆盆地地，蒸蒸发发排排泄泄有有限限，径流排泄为主，但径流微弱。径流排泄为主，但径流微弱。动动态态特特点点：年年水水位位变变幅幅小小，各

11、各处处变变幅幅接接近近，水水质质季季节节变化不明显，长期中向淡化方向发展。变化不明显，长期中向淡化方向发展。2 2、承压水的动态类型承压水的动态类型径流型径流型动动态态变变化化的的程程度度取取决决于于构构造造封封闭闭条条件件。构构造造开开启启程程度度愈愈好好，水水交交替替愈愈强强烈烈，动动态态变变化化愈愈强强烈烈，水水质质的的淡淡化化趋势愈明显。趋势愈明显。Company Logo9.1.3 9.1.3 地下水天然动态类型地下水天然动态类型3、人类活动影响下的地下水动态、人类活动影响下的地下水动态v 采排地下水采排地下水 取取水水或或矿矿坑坑排排除除地地下下水水后后，人人工工采采排排成成为为地

12、地下下水水新新的排泄去路；的排泄去路；含含水水层层或或含含水水系系统统原原来来的的均均衡衡遭遭到到破破坏坏，天天然然排排泄泄量量的的一一部部或或全全部部转转为为人人工工排排泄泄量量，天天然然排排泄泄消消失失或或减减少少（泉泉流流量量、泄泄流流量量减减少少，蒸蒸发发减减弱弱），并并可可能能增增加加新新的的补补给量，给量，影响动态影响动态。v补给地下水补给地下水 修修建建水水库库，利利用用地地表表水水灌灌溉溉等等，增增加加了了新新的的补补给给来来源源而使地下水位抬升，形成而使地下水位抬升，形成新的动态新的动态特征特征 Company Logo9.2 9.2 地下水均衡地下水均衡定定义义：在在一一定

13、定范范围围、一一定定时时间间内内，地地下下水水水水量量（热热量量、盐盐量量、能量）的收支状况，称为地下水均衡能量）的收支状况，称为地下水均衡动态是均衡的外部表现，而均衡是引起动态的原因。动态是均衡的外部表现，而均衡是引起动态的原因。9.2.1 9.2.1 地下水均衡方程式地下水均衡方程式质量守恒定律质量守恒定律v均衡区：均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的）均衡计算所选定的区域（三维的）v均衡期：均衡期：均衡计算的时间段（一个水文年）均衡计算的时间段（一个水文年）v均衡方程式一般表达形式：均衡方程式一般表达形式：A-B=WA收入项；收入项；B支出项；支出项；W均衡期内，均衡区的水量变化量均衡期

14、内，均衡区的水量变化量v均衡结果（表现）：均衡结果（表现）：均衡、正均衡或负均衡均衡、正均衡或负均衡潜水均衡Company Logo地下水均衡图示地下水均衡图示潜水均衡方程式：潜水均衡方程式：Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt -(-(Zu+Qd+Wu2)=Company Logo潜水均衡方程式潜水均衡方程式vXf+Yf+Zc+Wu1+Qt -(-(Zu+Qd+Wu2)=h几种条件下的潜水均衡方程式：几种条件下的潜水均衡方程式：v干旱半干旱平原区：干旱半干旱平原区：忽略忽略Zc；地形切割微弱；地形切割微弱Qd0；无越流时无越流时Qt=0；径流滞缓径流滞缓Wu1 Wu2 0；Xf+Yf-Zu=hh

15、多年均衡条件下多年均衡条件下：h=0，则，则 Xf+Yf =Zuv湿润山区潜水均衡湿润山区潜水均衡 Zu=0 Xf+Yf=Qd v强烈开采区强烈开采区 Xf+Yf=Q开开 Company Logo9.2.2 9.2.2 大区域大区域地下水均衡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图 Company Logo堆积平原含水系统地下水均衡模式分析堆积平原含水系统地下水均衡模式分析v分区（三段均衡区）分析：分区（三段均衡区）分析：用含水系统分析，水量均衡方程：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；否则会人为地夸进行水均衡研究或计算，切忌避免

16、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大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果 Company Logo本章小节本章小节v地地下下水水动动态态主主要要是是含含水水系系统统水水量量（盐盐量量、热热量量等等）收支平衡状况的综合表现。收支平衡状况的综合表现。v影影响响地地下下水水动动态态的的因因素素有有：气气象象、水水文文、地地质质条条件和人类活动。件和人类活动。v地地下下水水均均衡衡计计算算，应应从从系系统统角角度度遵遵循循质质量量守守恒恒定定律来分析。律来分析。v地下水量均衡方程式的一般表达式为：地下水量均衡方程式的一般表达式为：收入项收入项 支出项支出项 =系统储存量的变化系统储存量的变化Company Logo思考题思考题1、一一个个地地区区，如如何何依依据据地地下下水水动动态态变变化化特特征征，分分析析地地下下水水均衡状况（或特点）。均衡状况（或特点）。2、强强烈烈人人工工开开采采条条件件下下，抽抽水水井井的的水水有有哪哪些些来来源源？潜潜水水均均衡方程式将有哪些变化衡方程式将有哪些变化（p106p106）。-第九章结束第九章结束-Company Logo本章内容本章内容 9.1 地下水的动态地下水的动态 9.2 地下水的均衡地下水的均衡Company Logo