水文地质复习PPT课件

1、第二节 地下水动态一、地下水动态的形成机理 单次降雨脉冲产生的响应。第1页/共30页 多次降雨脉冲的叠加，左图波峰与波峰的叠加，产生更大的波峰；右图波峰与波谷的叠加产生平缓的复合波形。第2页/共30页二、地下水动态的影响因素 影响含水系统中地下水动态的因素有两大类，即外部因素（环境因素）和内部因素。 外部因素包括：气候、水文及人为因素，如大气降水、地表水、人工补给与排泄和地应力等。 含水系统的内部因：地质、地形条件等。 （1）气候（气象）因素的影响 气候的干旱与湿润，制约着大气降水的数量和时间分布，从而影响着潜水的补给；气温、湿度、风速等气候要素的变化，则影响着潜水的蒸发和排泄。 潜水的动态变

2、化情况，通常以潜水动态曲线表示。 第3页/共30页 气候要素的变化是周期性的，具有日夜变化、季节变化、年际变化和多年变化的特点，从而使地下水动态也呈现相应的周期性变化，其中季节性变化的影响最大。 潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为真变化；不反映潜水水量增减的潜水位变化为伪变化。如大气气压的升、降，影响地下水位的升、降变化为伪变化。 第4页/共30页 地下水动态的季节变化图。第5页/共30页地下水动态的多年变化图。第6页/共30页 （2）水文因素的影响 水文因素的影响，主要是地表水体与地下水的关系。分三种情况： a. 地表水长期补给地下水； b. 地表水长期排泄地下水（地下水补给地表水）；

3、c. 丰水期地表水补给地下水，枯水期地下水补给地表水。 当地表水补给地下水时，地下水位的升高并非在瞬间完成，而是有一个过程，这种现象称为滞后现象。 滞后过程的长短，取决于河床的透水性和距补给水源的远近。 第7页/共30页 如图，为滞后现象。 距离地表水体近的潜水含水层，水位上升滞后时间短，水位变幅大；远离地表水体处，潜水位上升滞后时间长，水位变幅也较小。再远处，潜水位受地表水补给的影响就不明显了。 第8页/共30页 （3）地质因素的影响 是由地形和地质体的岩性、结构、构造所决定的系统内部因素。 潜水： 影响潜水动态的地质因素：包气带岩性、潜水埋深（包气带厚度）和给水度。 潜水埋深愈大，水在包气

4、带运移的时间愈长，地下水位抬高的时间滞后愈长，水位随时间变化曲线呈现为较宽缓的波。 包气带岩性的渗透性愈好，地下水位抬高的时间滞后愈短，水位随时间变化曲线呈现为较陡的波。 给水度，潜水储存量的变化相同时，给水度愈小，水位变幅愈大。 地表水引起的潜水变化时，含水层的透水性愈好，厚度愈大，给水度愈小，则波及范围愈远。 第9页/共30页 承压水： 影响承压水的动态的因素有：含水层的岩性、厚度、补给区范围、隔水顶、底板的垂向渗透性。 补给区的潜水位变化比较明显，随着远离补给区，变化微弱，以至于消失。 从补给区向承压区传递降水补给影响时，含水层的透水性愈好，厚度愈大，给水度愈小，则波及范围愈远。 隔水顶

5、、底板的垂向渗透性愈好，地下水位变幅愈大。第10页/共30页 （4）人为因素的影响 主要指人类通过增加新的补给源或新的排泄去路，而改变了地下水的天然动态，打破了天然平衡。 如果人工凿井抽水或以渠道、矿坑形式排除地下水，就构成了地下水新的排泄去路。 修建水库蓄滞地表水及引地表水灌溉农田等地表水的工程活动，都可能增加地下水的补给。 注意：地下水补、排的失衡，影响地下水水位动态的变化，从而也会影响地下水水质动态的变化。 如，灌溉地下水位升高，引起的盐渍化、沼泽化；污灌对地下水的污染；不合理开采的咸水体下移等。第11页/共30页第12页/共30页地下水位降落漏斗剖面图第13页/共30页地下水位与开采量

6、关系图第14页/共30页某库水位与钻孔水位过程线第15页/共30页开采状态下地下水流态剖面示意图第16页/共30页三、地下水天然动态类型 1. 潜水 潜水及松散沉积物的浅部：蒸发型、径流型、弱径流型。 （1）蒸发型 发生的地区： 总的动态特点：水位的年变幅小，各处变幅接近；水质的季节性变化明显；长期水向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。第17页/共30页 （2）径流型 发生的地区： 动态特点：年水位变幅大而不均，由分水岭到排泄区，年水位变幅由大到小，水质季节变化不明显，长期则不断趋于淡化。 （3）弱径流型 发生的地区： 总的动态特点：水位的年变幅小，各处变幅接近，水质季节变化不明显长期，长期向淡化

7、方向发展。 2. 承压水 承压水的动态类型皆为径流型。 第18页/共30页第三节 地下水均衡 地下水的均衡：某一时间段内某一地段中，地下水水量、盐量、热量、能量收支间的数量关系称为地下水的均衡。 一、均衡区与均衡期 均衡区：进行地下水均衡计算所选定的区域。 均衡期：进行地下水均衡计算所选定的时间段。 正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的收入大于支出，表现为含水层中储水量、储盐量、储热量的增加。 负均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的支出大于收入，表现为含水层中储水量、储盐量、储热量的减少。第19页/共30页二、总的水均衡方程式 水量均衡方程

8、的基本思想是：在均衡期中，均衡区内的地下水的各种收（+）、支（）项的代数和等于含水系统（含水层）中储存水量的变化量。 设某一地区天然状态下： 收入项为A，包括：大气降水量（X）、地表水流入量（Y1）、地下水流入量（W1）、水汽凝结量（Z1）； 支出项为B，包括：地表水流出量（Y2）、地下水流出量（W2）、蒸发量（Z2）； 均衡期内地下水储存量的变化量为W； 则均衡方程为：A - B = W第20页/共30页 即：（X+Y1+W1+Z1）-（Y2+W2+Z2）=W 由于储存量的变化量W包括： 地表水变化量（V）； 包气带水变化量（M）； 潜水变化量（h）；（ 给水度；h水位变化值，可正可负） 承

9、压水变化量（*h*）。（ * 弹性给水度；h*测压水位变化值，可正可负） 所以：X（Y2Y1）（W2W1）（Z2Z1） = V+M+ h+*h*第21页/共30页三、潜水均衡方程式 潜水的收入项包括：降水入渗量Xf、地表水入渗量Yf、凝结水入渗量Zc、上游潜水流入量Wu1、下伏承压水越流补给量Qf。 潜水的支出项：潜水蒸发量Zu、泉排泄潜水量Qd、下游潜水流出量Wu2。 均衡期内潜水储存量的变化量为：h 则，潜水的均衡方程为： h = Xf+Yf+Zc+Wu1+QfZuQdWu2第22页/共30页四、地面沉降与地下水均衡五、人类活动影响下的水均衡 就是在天然状态下的均衡方程的均衡项的代数和中，

10、加上人工补给项，减去人工排泄项。六、大区域地下水均衡研究需要注意的问题 （1）对于供水，可供长期开采利用的水量应等于含水系统从外界获得的多年平均补给量。 （2）注意避免上游与下游之间，潜水与承压水之间，地表水与地下水之间水量的重复计算。 （3）在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间的水量转换将发生一系列变化。 第23页/共30页第24页/共30页通过本例，应注意两个问题： （1）均衡计算，不能采用分区计算后，简单的相加，这样易引起重复计算。 （2）均衡计算，要把研究区域看成一个均衡域，来建立均衡方程。第25页/共30页七、地下水动态与均衡分析的应用 （1）可以帮助我们查清地下水的补给与排泄。

11、 （2）确定含水层之间，含水层与地表水体的关系。 （3）确定边界的性质。 （4）地下水动态提供给我们关于含水层或含水系统的不同时刻的系列化信息。 （5）通过地下水动态的观测，判断和预防与地下水有关的地质灾害的发生。第26页/共30页 练习： 某水源地位于河右岸的冲洪积扇，总面积250Km2，多年平均降水量740mm，降水入渗系数为0.2。开采区西部和北部约180Km2的地区，地下水位埋深23m，蒸发强度为0.00008m3/(dm2)，其它区无蒸发。具水文1和2测站测得河流年平均流量为980000m3/d和520000m3/d，南部边界长20Km，为花岗岩，以5m3/(dm)的单宽流量补给开采

12、区，西北部边界长10Km，为石灰岩，以10m3/(dm)的单宽流量补给开采区，北部为流线边界，东部为分水岭边界，西部出山口，含水层厚50m，渗透系数K=100m/d，水力坡度5/1000，断面宽度2Km。潜水下有一承压含水层，之间隔水层厚度20m，垂向渗透系数为0.001m/d，水头高出潜水位20m，发生越流的面积45Km2。水源地开采量为800000m3/d。 试分析均衡要素，列出均衡方程，进行均衡计算，确定该水源地是正均衡还是负均衡，若该含水层的给水度为0.15，计算水位上升的高度。第27页/共30页 1. 确定均衡域和均衡期 2. 分析均衡项 补给项为：降雨入渗量Xf、河流入渗量Yf、南

13、部边界流入量W1、西北部边界流入量W2、西部边界流入量W3、越流量W4。 排泄项：蒸发量Z、开采量Q。 均衡方程为： （Xf + Yf + W1 + W2 + W3 + W4 ）（Z + Q）=Ah 各项计算： Xf = XF=740/10000.22501000000=37000000m3/aYf =(Q1-Q2)365=(980000-520000)365=167900000m3/aW1 =5201000365=36500000m3/aW2 =10101000365=36500000m3/a第28页/共30页W3 =KWI=1005020005/1000365=18250000m3/aW4 =KWI=0.00145100000020/20365