水文地质复习市公开课获奖课件

1、第九章 地下水动态与均衡 地下水动态与均衡基本概念 地下水动态 地下水均衡第1页第1页第一节 地下水动态与均衡概念 地下水动态：在各种原因综合影响下，地下水水位、水量、水温及化学成份等要素随时间改变。 水位、水量、水化学成份、水温等称为地下水动态要素。 地下水动态改变原因有二： （1）含水层（含水系统）水量、盐量、热量、能量收支不平衡结果。 （2）含水介质变动，引起动态 地下水均衡：某一地域(含水层)在一定期间段内，地下水总补给量与总消耗量及地下水贮存量改变量之间数量对比关系。 均衡是地下水动态改变内在原因；动态是地下水均衡外部表现。 第2页第2页第二节 地下水动态一、地下水动态形成机理 单次

2、降雨脉冲产生响应。第3页第3页 多次降雨脉冲叠加，左图波峰与波峰叠加，产生更大波峰；右图波峰与波谷叠加产生平缓复合波形。第4页第4页二、地下水动态影响原因 影响含水系统中地下水动态原因有两大类，即外部原因（环境原因）和内部原因。 外部原因包括：气候、水文及人为原因，如大气降水、地表水、人工补给与排泄和地应力等。 含水系统内部因：地质、地形条件等。 （1）气候（气象）原因影响 气候干旱与湿润，制约着大气降水数量和时间分布，从而影响着潜水补给；气温、湿度、风速等气候要素改变，则影响着潜水蒸发和排泄。 潜水动态改变情况，通常以潜水动态曲线表示。 第5页第5页 气候要素改变是周期性，含有日夜改变、季节

3、改变、年际改变和多年改变特点，从而使地下水动态也呈现相应周期性改变，其中季节性改变影响最大。 潜水位变动伴随相应潜水储存量改变为真改变；不反应潜水水量增减潜水位改变为伪改变。如大气气压升、降，影响地下水位升、降改变为伪改变。 第6页第6页 地下水动态季节改变图。第7页第7页地下水动态多年改变图。第8页第8页 （2）水文原因影响 水文原因影响，主要是地表水体与地下水关系。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）； 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，地下水位升高并非在瞬间完毕，而是有一个过程，这种现象称为

4、滞后现象。 滞后过程长短，取决于河床透水性和距补给水源远近。 第9页第9页 如图，为滞后现象。 距离地表水体近潜水含水层，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影响就不明显了。 第10页第10页 （3）地质原因影响 是由地形和地质体岩性、结构、结构所决定系统内部原因。 潜水： 影响潜水动态地质原因：包气带岩性、潜水埋深（包气带厚度）和给水度。 潜水埋深愈大，水在包气带运移时间愈长，地下水位抬高时间滞后愈长，水位随时间改变曲线呈现为较宽缓波。 包气带岩性渗入性愈好，地下水位抬高时间滞后愈短，水位随时间改变曲线呈现为较陡波。

5、 给水度，潜水储存量改变相同时，给水度愈小，水位变幅愈大。 地表水引起潜水改变时，含水层透水性愈好，厚度愈大，给水度愈小，则波及范围愈远。 第11页第11页 承压水： 影响承压水动态原因有：含水层岩性、厚度、补给区范围、隔水顶、底板垂向渗入性。 补给区潜水位改变比较明显，伴随远离补给区，改变微弱，以至于消失。 从补给区向承压区传递降水补给影响时，含水层透水性愈好，厚度愈大，给水度愈小，则波及范围愈远。 隔水顶、底板垂向渗入性愈好，地下水位变幅愈大。第12页第12页 （4）人为原因影响 主要指人类通过增长新补给源或新排泄去路，而改变了地下水天然动态，打破了天然平衡。 假如人工凿井抽水或以渠道、矿

6、坑形式排除地下水，就构成了地下水新排泄去路。 修建水库蓄滞地表水及引地表水浇灌农田等地表水工程活动，都也许增长地下水补给。 注意：地下水补、排失衡，影响地下水水位动态改变，从而也会影响地下水水质动态改变。 如，浇灌地下水位升高，引起盐渍化、沼泽化；污灌对地下水污染；不合理开采咸水体下移等。第13页第13页第14页第14页地下水位降落漏斗剖面图第15页第15页地下水位与开采量关系图第16页第16页某库水位与钻孔水位过程线第17页第17页开采状态下地下水流态剖面示意图第18页第18页三、地下水天然动态类型 1. 潜水 潜水及松散沉积物浅部：蒸发型、径流型、弱径流型。 （1）蒸发型 发生地域： 总动

7、态特点：水位年变幅小，各处变幅靠近；水质季节性改变明显；长期水向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。第19页第19页 （2）径流型 发生地域： 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，水质季节改变不明显，长期则不断趋于淡化。 （3）弱径流型 发生地域： 总动态特点：水位年变幅小，各处变幅靠近，水质季节改变不明显长期，长期向淡化方向发展。 2. 承压水 承压水动态类型皆为径流型。 第20页第20页第三节 地下水均衡 地下水均衡：某一时间段内某一地段中，地下水水量、盐量、热量、能量收支间数量关系称为地下水均衡。 一、均衡区与均衡期 均衡区：进行地下水均衡计算所选定区域。 均衡

8、期：进行地下水均衡计算所选定期间段。 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）收入不小于支出，表现为含水层中储水量、储盐量、储热量增长。 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）支出不小于收入，表现为含水层中储水量、储盐量、储热量减少。第21页第21页二、总水均衡方程式 水量均衡方程基本思想是：在均衡期中，均衡区内地下水各种收（+）、支（）项代数和等于含水系统（含水层）中储存水量改变量。 设某一地域天然状态下： 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）

9、、地下水流出量（W2）、蒸发量（Z2）； 均衡期内地下水储存量改变量为W； 则均衡方程为：A - B = W第22页第22页 即：（X+Y1+W1+Z1）-（Y2+W2+Z2）=W 由于储存量改变量W包括： 地表水改变量（V）； 包气带水改变量（M）； 潜水改变量（h）；（ 给水度；h水位改变值，可正可负） 承压水改变量（*h*）。（ * 弹性给水度；h*测压水位改变值，可正可负） 因此：X（Y2Y1）（W2W1）（Z2Z1） = V+M+ h+*h*第23页第23页三、潜水均衡方程式 潜水收入项包括：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

10、量Qf。 潜水支出项：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改变量为：h 则，潜水均衡方程为： h = Xf+Yf+Zc+Wu1+QfZuQdWu2第24页第24页四、地面沉降与地下水均衡五、人类活动影响下水均衡 就是在天然状态下均衡方程均衡项代数和中，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问题 （1）对于供水，可供长期开采利用水量应等于含水系统从外界取得多年平均补给量。 （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重复计算。 （3）在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间水量转换将发生一系列改变。 第2

11、5页第25页第26页第26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，简朴相加，这样易引起重复计算。 （2）均衡计算，要把研究区域当作一个均衡域，来建立均衡方程。第27页第27页七、地下水动态与均衡分析应用 （1）能够帮助我们查清地下水补给与排泄。 （2）确定含水层之间，含水层与地表水体关系。 （3）确定边界性质。 （4）地下水动态提供应我们关于含水层或含水系统不同时刻系列化信息。 （5）经过地下水动态观测，判断和预防与地下水相关地质灾害发生。第28页第28页 练习： 某水源地位于河右岸冲洪积扇，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

12、部和北部约180Km2地域，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50m3/d，南部边界长20Km，为花岗岩，以5m3/(dm)单宽流量补给开采区，西北部边界长10Km，为石灰岩，以10m3/(dm)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，渗入系数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，垂向渗入系数为0.001m/d，水头高出潜水位20m，发生越流面积45Km2。水源地开采量为800000m3/d。

13、 试分析均衡要素，列出均衡方程，进行均衡计算，拟定该水源地是正均衡还是负均衡，若该含水层给水度为0.15，计算水位上升高度。第29页第29页 1. 拟定均衡域和均衡期 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=(980000-50)365=167900000m3/aW1 =5201000365=36500000m3/aW2 =10101000365=36500000m3/a第30页第30页W3 =KWI=100505/1000365=18250000m3/aW4 =K