地下水的動(dòng)態(tài)與均衡

地下水的動(dòng)態(tài)與均衡第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡得基本概念一、動(dòng)態(tài)(groungwaterregime)

地下水得各要素(水位、水量、水質(zhì)、水溫、流速、流向等)在自然和人為因素得綜合影響下隨時(shí)間作有規(guī)律得變化。第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡得基本概念●收入＞支出正均衡●收入＜支出負(fù)均衡

◆均衡區(qū):進(jìn)行均衡計(jì)算所選定得地區(qū)?！艟馄?進(jìn)行均衡計(jì)算得時(shí)間段。

地下水均衡研究?jī)?nèi)容:確定均衡區(qū)與均衡期、確定均衡方程式、地下水均衡各收支計(jì)算、均衡計(jì)算結(jié)果校核與分析二、均衡(groungwaterbudget)

利用質(zhì)量守恒定律,分析地下水在某地區(qū)某時(shí)段內(nèi)水量、熱量和鹽量得收入與支出之間得平衡關(guān)系。

水量得收支關(guān)系——水量平衡鹽量得收支關(guān)系——鹽量平衡熱量得收支關(guān)系——熱量平衡第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡得基本概念三、動(dòng)態(tài)與均衡得關(guān)系

地下水資源不同于其她礦產(chǎn)資源得最主要區(qū)別,在于其質(zhì)和量總就是隨時(shí)間不停變化著。動(dòng)態(tài)就是均衡得外部表現(xiàn),均衡就是動(dòng)態(tài)變化得內(nèi)部原因。第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡得基本概念四、研究動(dòng)態(tài)與均衡得意義①查清地下水補(bǔ)給、排泄與資源條件、含水層之間、含水層與地表水之間得關(guān)系;②認(rèn)識(shí)區(qū)域水文地質(zhì)條件;③進(jìn)行水量和水質(zhì)評(píng)價(jià);④地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)管理,防止地下水危害;⑤檢驗(yàn)水文地質(zhì)結(jié)論。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)一、地下水動(dòng)態(tài)形成機(jī)制將地下水動(dòng)態(tài)理解為含水層(含水系統(tǒng))對(duì)環(huán)境施加得激勵(lì)所產(chǎn)生得響應(yīng)。地下水水位降水第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

也可理解為含水層(含水系統(tǒng))對(duì)輸入信息變換后產(chǎn)生得輸出信息。間斷性得降水,通過(guò)含水層(含水系統(tǒng))得變換,將轉(zhuǎn)換成比較連續(xù)得地下水位變化或泉流量變化。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)二、影響地下水動(dòng)態(tài)得因素兩類(lèi)因素

因素之一:地下水諸要素——水量、鹽量、熱量、能量等得收支變化,即外界激勵(lì)(輸入)因素

因素之二:影響激勵(lì)(輸入)—響應(yīng)(輸出)關(guān)系得轉(zhuǎn)換因素(影響地下水動(dòng)態(tài)曲線具體形態(tài)得因素)第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

1、激勵(lì)(輸入)因素:氣象因素、水文因素(1)氣象因素:就是主因素(降水、蒸發(fā)、氣溫、氣壓)降水和蒸發(fā):直接影響地下水得補(bǔ)給與蒸發(fā),從而影響地下水動(dòng)態(tài)。氣溫:影響降水形式、蒸發(fā)強(qiáng)度、淺層地下水水溫(晝夜、冬夏)氣壓:氣壓變大,水位降低;氣壓變低,水位抬升對(duì)潛水位產(chǎn)生偽變化;潛水位變動(dòng)伴隨得相應(yīng)潛水儲(chǔ)存量得變化為真變化。不反映潛水水量增減得潛水位變化為偽變化。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

一般氣象(氣候)要素具有晝夜、季節(jié)和多年性周期變化,地下水動(dòng)態(tài)也有相似得周期性變化。但存在時(shí)間上得滯后現(xiàn)象。(1)氣象因素:大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

氣候還存在多年得周期性波動(dòng)。例如,周期為11年得太陽(yáng)黑子變化,影響豐水期與干旱期得交替,從而使地下水位呈同一周期變化。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)(2)水文因素

地表水體補(bǔ)給地下水而引起地下水位抬升時(shí),隨著遠(yuǎn)離河流,水位變幅減小,發(fā)生變化得時(shí)間滯后。河水對(duì)地下水動(dòng)態(tài)得影響一般為數(shù)百米到數(shù)公里,在此范圍外,主要受氣候因素得影響。濱海地區(qū)海水潮汐得影響,使地下水位呈現(xiàn)一天兩次升降得周期性變化。

第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)(3)生物因素

生物得影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面:植物蒸騰對(duì)潛水動(dòng)態(tài)得影響細(xì)菌對(duì)地下水化學(xué)成分得影響。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

2、響應(yīng)(輸出)因素:主要為地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和人為因素(1)地形因素地形高得地方,一般為補(bǔ)給區(qū),遠(yuǎn)離排泄區(qū),水位變化顯著;地形低得地方,靠近排泄區(qū),不斷得到地下水徑流補(bǔ)給,水位變化不顯著。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)(2)地質(zhì)因素巖性:長(zhǎng)期緩慢影響。同一地方,同一雨季,細(xì)粒中得水位變化顯著,粗粒中變化不顯著。徑流—排泄條件包氣帶巖性、厚度對(duì)降水脈沖起濾波作用。包水帶潛水儲(chǔ)存量為給水度(μ)與水位變幅(Δh)之積,給水度決定水位得變化;承壓含水層因彈性給水度(貯水系數(shù))比給水度小1~3個(gè)數(shù)量級(jí),承壓水水位變化大。構(gòu)造:就是一個(gè)區(qū)域性得影響因素。地震、火山活動(dòng):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(xué)成分也會(huì)改變。

第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)(3)水文地質(zhì)條件地下水埋深

潛水含水層—水位變化通過(guò)質(zhì)量傳輸完成承壓含水層—水位變化就是壓力傳遞得結(jié)果壓力傳遞速度遠(yuǎn)大于質(zhì)量傳輸?shù)叵滤鲃?dòng)系統(tǒng)補(bǔ)給區(qū)—水位變化大排泄區(qū)—水位變化小第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)(4)人為因素

疏干類(lèi)型:集水建筑物采水、礦坑排水等各種排水工程;充水類(lèi)型:渠道、水庫(kù)、堤壩、灌溉系統(tǒng)等。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

開(kāi)采第四系潛水及淺層承壓水作為灌溉水源。每年3~5(6)月采水灌溉,水位降到最低點(diǎn)。6(7)月雨季開(kāi)始,采水停止,降水入滲及周?chē)叵滤畯搅餮a(bǔ)給,使水位迅速上升。雨季結(jié)束后,周?chē)脧搅髁魅胩畛溟_(kāi)采漏斗,水位繼續(xù)緩慢上升。翌年采水前期,水位達(dá)到最高點(diǎn)。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

采排水量過(guò)大,天然排泄量得減量與補(bǔ)給量得增量得總和,不足以償補(bǔ)人工排泄量時(shí),則將不斷消耗含水層儲(chǔ)存水量,導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)

由于灌溉,旱季水位反而上升。干旱半干旱平原或盆地,地下水天然動(dòng)態(tài)多屬蒸發(fā)型,灌溉水入滲抬高地下水位,蒸發(fā)進(jìn)一步加強(qiáng),促使土壤進(jìn)一步鹽漬化。有時(shí),即使原來(lái)潛水埋深較大,屬?gòu)搅餍蛣?dòng)態(tài),連年灌溉后,也可轉(zhuǎn)為蒸發(fā)型動(dòng)態(tài),造成大面積土壤次生鹽漬化。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)地下水位降落漏斗剖面圖

第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)開(kāi)采狀態(tài)下地下水流態(tài)剖面示意圖

第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)三、地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型

根據(jù)排泄方式和水交替強(qiáng)度,潛水及松散沉積物淺部得承壓水,可分三種主要?jiǎng)討B(tài)類(lèi)型:

1、滲入—蒸發(fā)型:分布在干旱、半干旱地區(qū),地形切割微弱得平原或山間盆地中心。補(bǔ)給:降水、地表水入滲(但不豐沛)徑流:微弱,水交替強(qiáng)度十分緩慢排泄:蒸發(fā)為主。動(dòng)態(tài)特征:年水位變幅小而均勻;水質(zhì)季節(jié)變化明顯,向鹽化方向發(fā)展;土壤易鹽漬化。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)三、地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型根據(jù)排泄方式和水交替強(qiáng)度,潛水及松散沉積物淺部得承壓水,可分三種主要?jiǎng)討B(tài)類(lèi)型:

2、滲入—徑流型:分布在山前或山區(qū)。地形高差大,水位埋藏深。補(bǔ)給:降水、地表水入滲(豐沛)徑流:強(qiáng)烈,水交替強(qiáng)度大排泄:徑流排泄為主。動(dòng)態(tài)特征:年水位變幅大而不均(由分水嶺到排泄區(qū),年水位變幅由大而小);水質(zhì)季節(jié)變化不明顯,長(zhǎng)期中地下水不斷趨向淡化。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)舉例:承壓含水層得動(dòng)態(tài)類(lèi)型:滲入—徑流型動(dòng)態(tài)變化程度:取決于構(gòu)造開(kāi)啟程度,構(gòu)造開(kāi)啟程度越高,水交替越強(qiáng)烈,動(dòng)態(tài)變化也越強(qiáng)烈,水質(zhì)得淡化趨勢(shì)越明顯。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)三、地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型

根據(jù)排泄方式和水交替強(qiáng)度,潛水及松散沉積物淺部得承壓水,可分三種主要?jiǎng)討B(tài)類(lèi)型:

3、滲入—蒸發(fā)、徑流型(弱徑流型、過(guò)渡型):分布在降水豐沛、氣候濕潤(rùn)得平原或盆地中心。補(bǔ)給:降水、地表水入滲(豐沛)徑流:徑流微弱,蒸發(fā)也微弱排泄:徑流排泄為主動(dòng)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(zhǎng)期中地下水不斷向淡化方向發(fā)展,但發(fā)展慢。第3節(jié)地下水均衡一、水均衡方程式

基本關(guān)系式:儲(chǔ)量變化=收入量–支出量(△ω)=(A)–

(B)正均衡——收入＞支出負(fù)均衡——收入＜支出第3節(jié)地下水均衡二、舉例:陸地上某均衡區(qū)在均衡期內(nèi)

收入量A包括:大氣降水量(X)地表水得流入量(Y1)地下水流入量(W1)

(承壓水得越流量和側(cè)向補(bǔ)給量)

凝結(jié)水量(Z1)支出量B包括:地表水流出量(Y2)地下水流出量(W2)蒸發(fā)量(Z2)第3節(jié)地下水均衡

水儲(chǔ)量△ω包括:地表水變化量(V)包氣帶水變化量(m)潛水變化量(μ△h)承壓水變化量(μe△hc)其中:μ為潛水含水層得給水度或飽和差;△h為均衡期潛水位變化值(上升用正號(hào),下降用負(fù)號(hào));μe為承壓含水層得彈性給水度;△hc

為承壓水測(cè)壓水位變化值。天然條件下得總水均衡方程式

X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1)=V+m+μ△h+μe△hc第3節(jié)地下水均衡潛水均衡示意圖

弱透水層

含水層

潛水位

潛水位

潛水均衡

收入項(xiàng)A包括:降水入滲補(bǔ)給量(Xf

)地表水入滲補(bǔ)給量(Yf)凝結(jié)水補(bǔ)給量(Zc)上游斷面潛水流入量(Wu1)下伏承壓水越流補(bǔ)給量(Qt)

支出項(xiàng)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)第3節(jié)地下水均衡二、舉例:陸地上某均衡區(qū)在均衡期內(nèi)

儲(chǔ)量變化△ω為:μ△h

潛水均衡方程式為:

μ△h=(Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt)-(Zu+Qd+Wu2)干旱半干旱平原潛水多年均衡方程式:

Xf+Yf=Zu

濕潤(rùn)山區(qū)潛水多年均衡方程式:

Xf+Yf=Qd

第3節(jié)地下水均衡三、大區(qū)域地下水均衡

第3節(jié)地下水均衡堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式分析

1、分三段均衡區(qū)分析:山前丘陵潛水:Xf1+Yf1+W1=Zu1+Qd+W2

沖積平原潛水:Xf2+Yf2+Qt=Zu2

沖積平原深層水:W2=Qt+W3

2、用含水系統(tǒng)分析,水量均衡方程:

Xf1+Xf2+Yf1+Yf2+W1=Zu1+Zu2+Qd+W3

(無(wú)Qt、W2)注:進(jìn)行大區(qū)域水均衡研究時(shí),必須仔細(xì)查清上下游,潛水和承壓水,地表水與地下水之間得水量轉(zhuǎn)換關(guān)系,否則將導(dǎo)致水量重復(fù)計(jì)算,人為夸大可開(kāi)采利用得水量。

1、某一干旱地區(qū)得山前平原,平原與山地邊緣為洪流形成得沉積物—洪積扇,在山前地帶洪積扇得頂部、洪積扇與平原接觸地帶及遠(yuǎn)離山前得平原地帶打3個(gè)鉆孔取水樣,水化學(xué)分析得結(jié)果顯示:陰離子有HCO3–、SO42–、Cl–,陽(yáng)離子有Na+、Ca2+,礦化度也有明顯得變化。水源地(均衡區(qū))位于平原地帶,區(qū)域面積為100km2,年平均降水量為600mm,降水入滲系數(shù)為0、2