第10章地下水动态与均衡

1、第10章 地下水的动态与均衡 有关的基本概念有关的基本概念 地下水动态地下水动态(Ground water regime) 地下水均衡地下水均衡(Ground water balance) 10.1 10.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念 动态动态(Fluctuation) 地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流 速、流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作速、流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作 有规律的变化。有规律的变化。 均衡均衡(Balance) 利用质量守恒定律分析地下水在某地区某时段内利用质量守恒定律分析地下水在某地区某

2、时段内 水量、热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。水量、热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。 水量的收支关系水量的收支关系水量平衡水量平衡 盐量的收支关系盐量的收支关系盐量平衡盐量平衡 热量的收支关系热量的收支关系热量平衡热量平衡 10.1 10.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念 收入支出收入支出 正均衡正均衡 收入支出收入支出 负均衡负均衡 均衡区：均衡区：进行均衡计算所选定的地区。进行均衡计算所选定的地区。 均衡期：均衡期：进行均衡计算的时间段。进行均衡计算的时间段。 动态与均衡的关系动态与均衡的关系 一般而言，动态是均衡的外部表现，均衡是动态一般而言，动态是均衡的外部表现，均衡是

3、动态 变化的内部原因。变化的内部原因。 10.1 10.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念 研究意义研究意义 检验并完善前期水文地质研究结论检验并完善前期水文地质研究结论 查明地下水资源数量、质量及其变化查明地下水资源数量、质量及其变化 为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提 高依据高依据 检验实施中的利用、防治方案及措施的合理性检验实施中的利用、防治方案及措施的合理性 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 地下水动态形成机制地下水动态形成机制 将地下水动态理解为含水层（含水系统）对环境施将地下水动态理解为含水层（含水系统）对

4、环境施 加的激励所产生的响应。加的激励所产生的响应。 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 也可理解为含水层（含水系统）对输入信息变换后产生也可理解为含水层（含水系统）对输入信息变换后产生 的输出信息。的输出信息。 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 间断性的降水，通过含水层（含水系统）的变换，间断性的降水，通过含水层（含水系统）的变换， 将转换成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。将转换成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。 影响地下水动态的因素影响地下水动态的因素 输入信息因素：气象因素（降水、蒸发、气温、气输入信息因素：气象因素（降水、蒸

5、发、气温、气 压）压） 和水文因素和水文因素 输出信息因素：地形、地质和人为因素输出信息因素：地形、地质和人为因素 气象因素：气象因素：是影响地下水动态的主要因素。是影响地下水动态的主要因素。 降水和蒸发：降水和蒸发：直接影响地下水的补给与蒸发，从直接影响地下水的补给与蒸发，从 而影响地下水动态。而影响地下水动态。 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 气温：气温：影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水 水温。水温。 气压：气压：对潜水位产生伪变化。对潜水位产生伪变化。 潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化潜水位变动伴随的相应潜水储存量

6、的变化 为真变化；不反映潜水水量增减的潜水位变化，为真变化；不反映潜水水量增减的潜水位变化， 为伪变化。为伪变化。 一般，气象要素具有昼夜、季节和多年性一般，气象要素具有昼夜、季节和多年性 周期变化，地下水动态也有相似的周期性变化。周期变化，地下水动态也有相似的周期性变化。 但存在时间上的滞后现象。但存在时间上的滞后现象。 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 地下水位降落漏斗剖面图地下

7、水位降落漏斗剖面图 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 地下水位与开采量关系图地下水位与开采量关系图 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 某库水位与钻孔水位过程线某库水位与钻孔水位过程线 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 开采状态下地下水流态剖面示意图开采状态下地下水流态剖面示意图 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 水文因素水文因素 地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时， 随着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞随着远离河流，水位变幅减小，发

8、生变化的时间滞 后。河水对地下水动态的影响一般为数百米到数公后。河水对地下水动态的影响一般为数百米到数公 里，在此范围外，主要受气候因素的影响。里，在此范围外，主要受气候因素的影响。 滨海地区海水潮汐的影响，使地下水位呈现滨海地区海水潮汐的影响，使地下水位呈现 一天两次升降的周期性变化。一天两次升降的周期性变化。 地质因素地质因素 岩性和岩相等的影响是长期缓慢的，它不反映在岩性和岩相等的影响是长期缓慢的，它不反映在 地下水的周期性变化上。地下水的周期性变化上。如岩性、给水度、渗透如岩性、给水度、渗透 系数的大小在短期内变化不大，但在较长期内可系数的大小在短期内变化不大，但在较长期内可 以逐渐增

9、大。以逐渐增大。 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 构造因素是一个区域性的影响因素。构造因素是一个区域性的影响因素。 地震、火山活动的影响是短期影响。地震、火山活动的影响是短期影响。在震前地下在震前地下 水位急剧上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水水位急剧上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水 化学成分也会改变。化学成分也会改变。 土壤和生植物因素土壤和生植物因素 土壤的影响主要表现为对潜水化学成分的改变，土壤的影响主要表现为对潜水化学成分的改变， 尤其是在土壤盐渍化和沼泽化两地区最为明显。尤其是在土壤盐渍化和沼泽化两地区最为明显。 生植物的影响表现在两个方面：生植物的影

10、响表现在两个方面： 植物蒸腾对潜水动态的影响；植物蒸腾对潜水动态的影响； 细菌对地下水化学成分的影响。细菌对地下水化学成分的影响。 10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 人为因素人为因素 疏干类型：集水建筑物采水、矿坑排水疏干类型：集水建筑物采水、矿坑排水 等各种排水工程；等各种排水工程； 充水类型：渠道、水库、堤坝、灌溉系充水类型：渠道、水库、堤坝、灌溉系 统等。统等。 10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型 分为：分为： 入渗入渗蒸发型：蒸发型：分布在干旱、半干旱的平原或山分

11、布在干旱、半干旱的平原或山 间盆地中心，地下水埋深浅。间盆地中心，地下水埋深浅。 补给：当地降水、地表水入渗补给：当地降水、地表水入渗 （但不丰沛）（但不丰沛） 径流：微弱径流：微弱 排泄：蒸发为主排泄：蒸发为主 10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 动态特征：动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变化明年水位变幅小而均匀；水质季节变化明 显，长期中地下水不断向盐化方向发展，土壤易显，长期中地下水不断向盐化方向发展，土壤易 盐渍化。盐渍化。 入渗入渗径流型：径流型：分布在山前或山区。分布在山前或山区。 降水与地表水入渗补给丰沛，径流强烈，蒸发降水与地表水入渗补给丰沛，径流强烈，蒸发

12、 微弱。微弱。 动态特征：动态特征：年水位变幅大而不均（由分水岭到排年水位变幅大而不均（由分水岭到排 泄区，年水位变幅由大而小）泄区，年水位变幅由大而小） 10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 水质季节变化不明显，长期中地下水不断趋向水质季节变化不明显，长期中地下水不断趋向 淡化。淡化。 入渗入渗蒸发、径流型（弱径流型、过渡型）蒸发、径流型（弱径流型、过渡型） 分布在降水丰沛的湿润平原或盆地中心。分布在降水丰沛的湿润平原或盆地中心。 降水与地表水入渗补给丰沛，径流微弱，蒸发降水与地表水入渗补给丰沛，径流微弱，蒸发 也微弱，仍以径流排泄为主。也微弱，仍以径流排泄为主。 动态特征：动态

13、特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变化不年水位变幅小而均匀；水质季节变化不 明显，长期中地下水不断向淡化方向发展。明显，长期中地下水不断向淡化方向发展。 10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 径流径流-蒸发型蒸发型 分布在干旱内陆盆地远山及盆地中心，地下分布在干旱内陆盆地远山及盆地中心，地下 水埋深浅。水埋深浅。 以侧向径流补给为主，蒸发方式排泄以侧向径流补给为主，蒸发方式排泄 动态特征：动态特征： 年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显的季节年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显的季节 性变化，水土向盐化方向演变。性变化，水土向盐化方向演变。 10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型

14、 承压含水层的动态类型分为承压含水层的动态类型分为 渗入渗入-径流型：径流型： 动态变化程度取决于构造开启程度：构造开动态变化程度取决于构造开启程度：构造开 启程度越高，水交替越强烈，动态变化也越强烈，启程度越高，水交替越强烈，动态变化也越强烈， 水质的淡化趋势越明显。水质的淡化趋势越明显。 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 主要考虑水量平衡主要考虑水量平衡 水均衡方程式水均衡方程式(hydrologic equation) 基本关系式：基本关系式： 储量变化储量变化 = 收入量收入量 支出量支出量 (W) (A) (B) 对陆地上某均衡区在均衡期内，对陆地上某

15、均衡区在均衡期内， A包括：包括： 大气降水量（大气降水量（X） 地表水的流入量地表水的流入量(Y1) 地下水流入量（地下水流入量（W1）(承压水的越流量和侧向补给量承压水的越流量和侧向补给量) 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 凝结水量（凝结水量（Z1） B包括：包括： 地表水流出量（地表水流出量（Y2） 地下水流出量（地下水流出量（W2） 蒸发量（蒸发量（Z2） W包括：包括： 地表水变化量（地表水变化量（V） 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 包气带水变化量（

16、包气带水变化量（m） 潜水变化量（潜水变化量（uh） 承压水变化量（承压水变化量（ue h c） 其中：其中： u为潜水层给水度为潜水层给水度 h为均衡期潜水位变化为均衡期潜水位变化 ue为承压水层弹性给水度为承压水层弹性给水度 （=Ss） h c 为承压水测压水位变化值为承压水测压水位变化值 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 总水均衡方程式总水均衡方程式 X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1) = V+m+ uh+ ue h c 潜水均衡潜水均衡 收入项收入项A包括：包括： 降水入渗补给量降水入渗补给量Xf 地表水入渗补给量地表水入渗补给量Yf 凝

17、结水补给量凝结水补给量(Zc) 上游断面潜水流入量上游断面潜水流入量 （Wu1） 下伏承压水越流补给量下伏承压水越流补给量 （Qt） 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 支出项支出项B包括：包括： 潜水蒸发量（潜水蒸发量（Zu）(土面蒸发、植物蒸腾土面蒸发、植物蒸腾) 潜水以泉或泄流形式排泄量（潜水以泉或泄流形式排泄量（Qd） 下游断面流出量（下游断面流出量（Wu2） 储量变化储量变化W为：为： uh 则潜水均衡方程式为：则潜水均衡方程式为： uh = （Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt）- (Zu+Qd+Wu2) 10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 干旱半干旱平原潜水多年均衡方程式：干旱半干旱平原潜水多年均衡方程式： Xf+Yf = Zu 湿润山区潜水多年均衡方程式：湿润山区潜水多年均衡方程式： X Xf f+Y+Yf f = Q = Qd d 10.5 10.5 人为活动下的地下水均衡人为活动下的地下水均衡 评价人类活动对地下水动态的影响，预测水量水质的评价人类活动对地下水动态的影响，预测水量水质的 变化趋