地下水动态与均衡

1、第六章地下水动态与均衡得研究 1 地下水动态与均衡得概念 1 弦研究地下水动态与均衡得意义 1 地下水动态与均衡研究得基本任务 2 地下水动态与均衡得监测项目 3 地下水动态得成因类型及主要特征 5 地下水均衡要素得测定方法 6 思考题12 第六章地下水动态与均衡得研究 1地下水动态与均衡得概念 地下水资源与其它矿产资源得最主要区别就是，其量与质总就是随着时间而不停地变化 着。所谓地下水动态即就是指表征地下水数量与质量得各种要素（如水位、泉流量、开采量、 溶质成分与含量、温度及其它物理特征等）随时间而变化得规律。其变化规律可以就是周期 性得变化，也可以就是趋势性得变化。 变化得周期可以就是昼夜

2、得 （如月球引力导致得固体潮）, 也可以就是季节性得或者就是多年得。其变化得速率，在天然状态下一般具较明显得周期性， 或具极为缓慢得趋势性。 在人为因素（开采或排除）得影响下，其变化率可大大加强。 这种迅速 得变化，可能对地下水本身与环境带来严重得后果。 地下水得质与量之所以变化，主要就是由于水量与溶质成分在补充与消耗上得不平衡所 造成得。所谓地下水均衡，就就是指这种在一定范围、一定时间内，地下水水量、溶质含量及 热量等得补充（流入）与消耗（流出）量之间得数量关系。当补充与消耗量相等时，地下水（量与质） 处于均衡状态；当补充量小于消耗量时，地下水处于负均衡状态；当补充量大于消耗量时，地下 水处

3、于正均衡状态。地下水在天然条件下，一般多处于均衡状态；在人为活动影响下，则可能出 现负均衡或正均衡状态。 从上述概念可知，地下水动态与均衡之间存在着互为因果得紧密联系。地下水均衡就是 导致动态变化得实质，即导致动态变化得原因；而地下水动态则就是地下水均衡得外部表现， 即动态变化得方向与幅度就是由均衡得性质与数量所决定得。 2研究地下水动态与均衡得意义 研究地下水动态与均衡，对于认识区域水文地质条件、水量与水质评价 ，以及水资源得合 理开发与管理，都具有非常重要得意义。任何目得、任何 勘查阶段得水文地质调查，都必须重 视地下水动态与均衡得研究工作。由于对地下水动态规律得认识 ，往往要经过相当长时

4、间得 资料积累才能得出结论，因此在水文地质调查时，应尽早开展地下水动态与均衡研究。 其研究意义具体表现在： （1）在天然条件下，地下水得动态就是地下水埋藏条件与形成条件得综合反映。因此，可根 据地下水得动态特征分析、 认识地下水得 埋藏条件、 水量、 水质 形成条件与区分不同类型得 含水层。 (2) 地下水动态就是均衡得外部表现 ,故可利用地下水动态资料去计算地下水得某些均衡 要素。如根据次降水量、潜水位升幅与潜水含水层 给水度 计算大气降水得 入渗系数 ;根据潜 水位得升幅或降幅计算地下水得 储存量 及潜水得 蒸发量 等。 (3) 由于地下水得数量与质量均随着时间而变化,因此一切 水量、 水

5、质得计算与评价 ,都必 须有 时间得概念 。如对同一含水层来说 ,在雨季、旱季、丰水年、枯水年 ,其水资源数量与水 质都可能大不一样。因此 ,地下水动态资料就是地下水资源评价与预测时必不可少得依据。 (4) 用任何方法计算得地下水允许开采量 ,都必须能经受 地下水均衡计算得检验 ;任何地 下水开采方案 ,都必须受地下水均衡量得约束。为尽可能地减少开采地下水引起得负作用 ,开 采量一般不能超过地下水得补给量 ,即 不应破坏地下水得均衡状态 。 (5) 研究地下水得均衡状态 ,可预测 地下水 水量、水质 及与地下水有关得 环境地质作用 得 变化及总体发展趋势。 因此 ,在各种目得得水文地质勘探中,

6、都规定进行一定时期得地下水长期观测,以便进行 地下水动态与均衡得研究。 勘探阶段愈详细 ,长期观测工作量愈大 ,要求得精确度愈高。 3 地下水动态与均衡研究得基本任务 、 研究地下水动态得基本任务 (1) 正确 布设地下水动态监测网点 ,对动态监测得频率、监测次数及监测时间作出科学得 规定。 地下水动态监测点得布置形式与位置,主要决定于水文地质调查得主要任务。动态监测 成果要满足水文地质条件得论证 ,地下水水量、水质评价及水资源科学管理方案制定等方面 得要求。对干不同得勘查阶段 ,对以上要求各有侧重。 为阐明区域水文地质条件 服务得动态监测工作 ,其主要任务在于查明区域内地下水动态 得成因类型

7、与动态特征得变化规律。因此,监测点一般应布置成监测线形式。主要得监测线 应穿过地下水不同动态成因类型得地段,沿着区域水文地质条件变化最大得方向布置。对不 同成因类型得动态区 ,不同含水层 ,地下水得补给、径流与排泄区 ,均应有动态监测点控制。 为地下水水量、水质计算与资源管理 服务得动态监测工作 ,其主要任务就是 :为建立数学 模型、 水文地质参数分区及选择参数提供资料。 鉴于地下水数值模型在地下水水量、 水质评 价与管理工作中得广泛应用 ,要求将相应得动态监测点布置成网状形式,以求 能控制区内地下 水流场 及水质变化。 对流场中得地下分水岭、 汇水槽谷、 开采水位降落漏斗中心、 计算区得 边

8、界、不同水文地质参数分区及有害得环境地质作用已发生与可能发生得地段,均应有动态 监测点控制。 地下水动态得 监测点 ,除井 、孔外,还应充分利用区内已有得地下水天然及人工水点。对 有关得 地表水体 、各种污染源 ,以及 有害得环境地质现象 ,亦应进行监测。 科学规定地下水动态项目得监测频率、监测次数与时间,对于获得真实、完整得动态资 料十分重要。对于不同得 监测项目 ,监测得频率 、次数与时间得具体要求虽有不同 ,但其总得 原则就是一致得 ,即要求按规定得监测频率、次数与时间所获得得地下水动态资料,应能最逼 真地 反映出年内地下水动态变化规律。 以上问题得具体要求 ,可 参阅有关水文地质勘查与

9、地下水动态观测规范。 需强调得就是 ,为了能从动态变化规律中分析出不同动态要素(监测项目 )间得相互联系 , 对各监测项目得监测时间 ,在一年中至少要有几次就是统一得。 (2) 根据所获得得地下水 动态 监测资料,分析地下水 动态得年内及年际间 得变化规律。 动 态变化规律 ,主要就是指某种动态要素 随时间得变化过程 、变化形态及 变幅大小 等得水文地 质意义 ,变化得周期性与 趋势性 ,并通过不同监测项目动态特征得对比,确定它们之间得相关 关系。 (3) 根据所获得得各种 动态资料 ,考虑各种影响因素 (水文、气象、开采 或人工补给地下水 等)得作用 ,确定区内地下水得成因类型。 为认识区域

10、地下水得埋藏条件 ,水质、水量得形成条 件及有害环境地质作用得产生与发展原因等,提供动态上得佐证。 二、地下水均衡研究得基本任务 (1) 为进行均衡研究 ,首先要 确定均衡区得范围 及边界 得位置与性质。 当区域较大 ,各地段 得地下水均衡要素组成又不相同时,应划分均衡亚区。为便于均衡计算 ,每个均衡区 ( 或亚区 ) 最好就是一个相对 独立得水文地质单元 。均衡区得边界最好就是性质比较明确、 位置比较清 楚得某一 自然边界 (或地质界线 )。 (2) 确定 均衡区内地下水 均衡要素得组成 及地下水水量或水质 均衡方程 得基本形式。在 建立方程时 ,应考虑到 ,同一均衡区在不同得时段 ,其均衡

11、要素得组成可能就是不同得。因此, 在均衡计算之前 ,还应划分出均衡计算得时段 ,即确定出均衡期 。 (3) 通过直接 (野外实测或室内测定 )或间接 (参数计算 )方法 ,确定出地下水各项均衡要素 值,为地下水水量、水质得计算与预测提供基础数据。 (4) 通过区域 水均衡计算 ,确定出区内地下水得 均衡状态 ,预测某些水文地质条件得变化 方向,为制定合理得地下水 开发方案 及科学 管理措施 提供基本依据。 4 地下水动态与均衡得监测项目 、地下水动态监测项目 对大多数水文地质勘查任务来讲 ,地下水动态监测得基本项目都应包括地下水 水位、水 温、水化学成分 与井、泉 流量等。对与地下水有水力联系

12、得 地表水 水位与流量,以及矿山井 巷与其它地下工程得 出水点、排水量 及 水位标高 也应进行监测。 水质得监测 , 一般就是以 水质简分析 项目作为基本监测项目 ,再加上某些选择性监测项 目。选择性监测项目就是指那些在本地区地下水中已经出现或可能出现得特殊成分 及 污染物 质,或被选定为水质模型模拟因子得化学指标。为掌握区内水文地球化学条件得基本趋势,可 在每年或隔年对监测点得水质进行一次全分析。 地下水动态资料 ,常常随着观测资料系列得延长而具有更大得使用价值,故 监测点位置确 定后 ,一般都不要轻易变动 。 、地下水得均衡项目 （或均衡要素 ） 地下水得均衡 包括水量均衡、水质均衡 与热

13、量均衡 等不同性质得均衡。 不同性质均衡方 程得均衡项目 （均衡要素 ）,也就必然有所区别。在多数情况下 ,人们首先关注得还就是水量问 题,而水量均衡又就是其它两种均衡得基础。因此 ,下面着重讨论 水量均衡 得组成项目。 根据 质量守恒定律 ,在任何地区 ,在任一时间段内 ,地下水系统中地下水 （或溶质或热 ）得流 入量 A （或补充量 ）与流出量 B （或消耗量 ）之差 ,恒等于该系统中水 （溶质或热 ）储存量得变化量 W。据此，我们可直接写出均衡区在某均衡期内得各类水量均衡方程。 总水量均衡方程 得一般形式为 : 进一步写为 （单位面积 ）: h V P （X Y1 Z1 W1 R1） （

14、Y2 Z2 W2 R2） 式中 : h -潜水储存量得变化量，其中，卩为潜水位变动带内岩石得给水度或饱与差， h 为均衡期内潜水位得变化值 ; V,P -分别为地表水体与包气带水储存量得变化量； X -降水量； 丫1,丫2 -地表水得流入与流出量； Z1，Z2凝结水量 与蒸发量 （包括地表水面、陆面与潜水得蒸发量）； W1，W2地下径流 得流入与流出量 ； R1，R2人工 引入与排出得水量。 潜水水量均衡方程 得一般形式为 : 式中 : X f 降水入渗量 ； Z1，Z2 潜水得凝结补给量及蒸发量 ； Ws泉得流量 ； Yf -地表水对潜水得补给量； R1，R2人工注入量与排出量 ； 其余符号

15、同前式。 承压水得水量均衡方程 ，比潜水为简 ，常见形式为 : 式中 : 卩* -承压含水层得 弹性给水度（贮水系数）； E1越流 补给量 ； R2k承压水得开采量 ； 其余符号同前式。 对于不同条件得均衡区及同一均衡区得不同时间段，均衡方程得组成项可能增加或减 少。如：当地下水位埋深很大时，Z 1与Z2常常忽略不计。 分析上述各水量均衡方程 ，可清楚地瞧到 ，一切水量均衡方程均由 三部分组成，即均衡期 内水量得变化量（ W）、地下水系统得 补给量（或流入量A）与消耗量（或流出量B）。在补给量 中，最重要得就是 降水入渗量（X f）、地表水入渗量（Yf）、地下径流得流入量（Wi）;在某些情况下

16、， 越流补给量（Ei）与人工注入量（R）也有较大意义；在消耗量中,最重要得就是 潜水得蒸发量 （Zi）、地下径流得流出量（W2）、地下水得人工排泄量（A与R2k）；有时,泉水得溢出量（Ws）与越 流流出量（E2）也很有意义。 5地下水动态得成因类型及主要特征 地下水动态壶因墓韋类企及其主鼻特征 t * a 鼻懐图例 * 2裁发5J 4誉澄壁 M*0 I-吒豪劇障科 人淸炉 1人工开采型 （开皋申n JiF水功塞 成帽婪璽 | 二朮丈53（沿岸 町井为阵 分布广茂.曾求层埠配澤包汽希岩石參毎 性较好. 地卜水世屢梵他动崟,姦+均曬着津虑 的变此而变牝.水位峰值与障本铮值一致戟用 有JUG.勺内水

17、位变*曲较大 上豪分布于千畢半干畢的平厭区.熄下水 拉博棵鞍找（V3-4爼丿地F桂瀆滞9H 地下水悅議罠懂的加丈廉弋琳升豪術离 咱11下降*井RI1I干旱宰卩腿抵而蚩下降繼 下水谊的变花比絞平覆年蛮H车大5粗小于 2-JmJ 主要分帘柱曙烈开采堆的規【4 地下水动壽要囂明運fiftlf轴下水开乘的 誉牝而曜ib輕禅班的豪坤予节炖下水位上升 歩嗚显或幻魔下澤.当开變大于地市水灼邯 补治11时離下水位出现玉年下障 主菱甘布于姝卜水輕廉条件较好补给面 駅辽0T厳下水塌虞较棵疲倉水国上那靜編水 搭餐的鲍区* 地下水位熨化平燈.罕奄輻廉小*水 寧需肓于耳倉1值 Hi 0 -水面蒸发强度； e -潜水蒸发

18、强度。 分析上式可以瞧出，潜水得蒸发强度随水面蒸发强度e0得增加而增加，但由公式右端括 号项小于1知，潜水得蒸发强度小于水面蒸发强度。 利用上式计算e时，由于e 0与h均可通过实际观测获得，因此公式得计算精度主要取决 于I与n得选取。对这两个参数多采用经验数值 ，故结果常不能令人信服。 三、地下径流量（Wl、W2 ）得确定 地下径流量得计算，只能在查明地下水流向与含水层厚度得基础上，根据求得得渗透系数 或地下水实际流速，选用相应得地下水动力学公式计算其过水断面上得径流量。 当计算断面上含水层得 渗透系数（K）、厚度（h）、长度（I）、水力坡度（I）已知时，可直接使用 达西定律计算出断面得地下径流量（Q）： 式中:i = 1,2,n，为各计算分段得编号。 以上计算 原理虽较简单，但要投入得 勘探及试验工程量却较多。因此，在地下水深埋区 特别就是基岩山区，确定地下水径流量常常就是困难得。为此，在确定均衡区得范围时，应尽可 能以隔水边界作为均衡区得边界，以便尽可能地免去地下径流量得计算工作量。 四、地表水入渗补给量（Yf）得确定 这里得Yf主要就是指河流、渠道水对地下水得补给量，确定方法有： （1）断面测流法： 在有渗漏得河、渠段得 上、下游断面上实测河、渠流量，其流量减少得差值，即为河