.水文地质学基础课件第10章地下水动态与均衡

1、水文地质学根底课件第10章地下水动态与均衡 提 纲u地下水动态与均衡的概念u地下水动态u地下水动态影响因素u地下水动态类型u地下水均衡u天然条件下的地下水均衡u人为活动影响下的地下水均衡u小结地下水动态的影响因素含水系统含水系统转换环境环境环境环境(鼓励)(响应)气象因素水文因素地质因素输出输入人类活动地应力 地下水动态的影响因素 气象因素 降水和蒸散发l 降水的数量和时间分布，决定地下水水位和水量变化，并影响水质变化l 气象周期变化引起地下水动态的周期变化l 蒸散发可引起地下水动态昼夜变化等潜水动态曲线19541955，北京l 气压变大，那么井水位降低l 气压变化引起潜水井孔水位变化较小，通

2、常为1cm；承压水井 l 可达10cml 气压引起的水位变化不代表地下水均衡的变化气压河北深县井水位年变化H与气压年变化P的关系 地下水动态的影响因素 水文因素 l 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，发生变化的时间滞后l 含水层渗透性越强，地下水位响应的时间滞后和延迟越小l含水层给水度越大，水位响应波形越平缓l河水对地下水动态的影响一般为数百米至数公里，此范围以外，主要受气候因素的影响 地下水动态的影响因素 地应力固体潮效应含水层在日、月起潮力作用下，产生固体潮体应变的反映，含水层的体应变使其孔隙中的流体压力产生潮汐波动，迫使水在井孔与含水层之间产生潮汐渗流，

3、从而形成了井孔内水位的潮汐变化张张道道口口井井水水位位的的固固体体潮潮效效应应 地震、潮汐、外部荷载变化等水位的地震波效应-地震波传播时引起井水位振荡或阶变现象机理：地震波传播经过含水层时，含水层内会交替发生弹性压缩与拉张变形，致使孔隙压力发生增大与减小的交替变化，导致井水位发生上升与下降相交替出现的振荡变化 地下水动态的影响因素 地质因素 地质因素是影响输入信息变换的因素 当降水补给地下水时，包气带厚度与岩性控制着地下水位对降水的响应 潜水埋深愈大，对降水脉冲的滤波作用愈强；水位抬高的时间滞后与延迟愈长；水位历时曲线呈现为较宽缓的波 包气带渗透性愈好，那么滤波作用愈弱；水位抬升的时间滞后与延

4、迟小；水波历时曲线波形较陡 隔水顶板限制了承压含水层与大气圈和地表水圈的联系，动态变化通常比潜水小 承压含水层埋藏愈深，构造封闭性愈好，与外界的水力联系愈弱，那么由于大气圈及地表水圈变化而引起的动态变化愈微弱 地下水动态的影响因素 人类活动河北饶阳五公里河地下水位变化曲线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据河北省第九地质大队1地下水位；地下水位；2降水量；降水量；3采水量采水量人类活动影响机制：通过增加新的补给来源或新的排泄去路，从而改变地下水的天然动态l 假设采排地下水一段时间后，新增补给量及减少的天然排泄量与人工排泄量相等，含水层水量收支到达新的平衡。在动态曲线上表现为：

5、地下水位在比原先低的位置上，以比原先大的年变幅波动，而不持续下降l采排水量过大，天然排泄量的减量与补给量的增量的总和，缺乏以偿补人工排泄量时，那么将不断消耗含水层储存水量，导致地下水位持续下降l修建水库，利用地表水灌溉等，增加了新的补给来源而使地下水位抬升 地下水动态类型 l入渗-径流型：山区及山前l径流-蒸发型：干旱内陆盆地远山及盆地中心部位l入渗-蒸发型：半干旱平原和盆地内部l入渗-弱径流型：湿润平原和盆地天然条件下的地下水均衡均衡区与均衡期l 均衡期：均衡计算的时间段，如年、季、月等l 均衡区：某一基准面以上具有明显边界的水文地质单元或地段。或具有隔水边界完整的水文地质单元l 正均衡：某

6、均衡区内某均衡期总补给量大于总消耗量时的水均衡，表现为地下水储存量热量、盐量增加l 负均衡：某均衡区内某均衡期总补给量小于总消耗量时的水均衡，表现为地下水储存量热量、盐量减少水均衡方程式l水均衡方程：表示水均衡收入项和支出项关系的方程，补给量总和(Qi)与各消耗量总和(Qo)的差值等于均衡期始末水的贮存量的变化量(Q) ，Q = Qi - Qol地下水均衡方程：表示地下水均衡收入项和支出项关系的方程。在研究区内某一时段内某一含水层地下水各补给量总和(Qr)与各消耗量总和(Qd)之差值等于均衡期始末的地下水贮存量的变化量Q的关系式。即 Q = Qr - Qdl地下水贮存量变化量：均衡区内在均衡期

7、起止两时刻水位变动带内重力水量。通常以水层厚度(h或ehc) 计算，其中和e是变动带内岩石给水度或弹性给水度注水系数，h为潜水位变化，hc为测压水位变化u 收入项A一般包括：u 大气降水量X、u 地表水流入量Y1u 地下水流入量Wu 水汽凝结量Z1u 支出项B一般为u 地表水流出量Y2u 地下水流出量(W2)u 蒸发量(Z2)均衡方程式: Q = A B = X +Y1+W1 + Z1 (Y2 +W2 + Z2) 或Q = X + (Y1Y2) + (W1 W2) + (Z1 Z2 )水储量变化Q中包括：地表水变化量(V)，包气带水变化量m，潜水变化量(h )及承压水变化量(ehC )。故：Q

8、 = X + (Y1Y2) + (W1 W2) + (Z1 Z2 ) = V + m+h +e hc潜水均衡方程式：Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = Q =h， 或或Xf + Zc + Qt + (Yf Qd) + (Wu1 -Wu2 ) = Q =h人类活动影响下的地下水均衡研究意义：定量评价人类活动对地下水动态的影响，预测其水量水质变化趋势，提出调控措施案例：克雷洛夫对苏联中亚某灌区的潜水均衡研究 h = X+ f1 + f2+Qt Zu Qr 31.022.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.0据此得出以下结论： 潜水表现

9、正均衡，一年中水位上升620mm，增加潜水储量31mm0.05 长此以往，潜水蒸发量将不断增加，会产生土壤盐渍化 破坏原有地下水均衡，导致潜水位抬升的主要因素是灌溉水入渗，其中灌渠水入渗量占水量总收入的70，田面入渗水量占21 现有排水设施排水能力年排水量20mm低，不能有效防止潜水位抬升 为防止土壤次生盐渍化，必须采取以下措施：或减少灌水入渗衬砌渠道、控制灌水量，或加大排水能力，或两者兼施，以消除每年31mm 的潜水储存量增加值大区域地下水均衡研究中的一些问题 注意：进行水均衡研究或计算，切忌防止重复；否那么会夸大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果山前冲洪积平原潜水山前冲洪积平原潜水冲洪积平原潜水冲洪积平原潜水冲洪积平原承压水冲洪积平原承压水整个整个含水系统水量均衡方程含水系统水量均衡方程在开采条件下，含水系统内部及与外界之间的水量转换，将发生一系列变化。假定单独开采山前平原的潜水，那么此局部水量均衡将产生以下变化： 随着潜水位下降，地下水不再溢出成泉，Qd 0； 与冲积平原间水头差变小，W2 减小； 随着水位下降，蒸发减弱，Zu1 变小； 与山区地下水水头差变大，W1 增加； 地表水与地下水水头差变大，Yf1 增大