水文地质学基础6

第六章地下水的动态与均衡学习导航：学习中注意与上一章知识的联系与区别学习中要从系统论来考虑问题地下水的动态地下水的均衡结果要求地下水系统包括地下水的含水系统和地下水的流动系统地下水含水系统：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。地下水的流动系统是指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。地下水系统的特点：（1）整体性（2）反馈性（3）边界可变性（4）级次性（5）开放性地下水含水系统主要受到地质构造的控制大方面分为两类：松散沉积物构成的含水系统边界常为不透水的坚硬基岩内部一般存在不完全隔水的岩层，即各含水层间通过“天窗”有水力联系基岩构成的含水系统发育于一定的构造之中往往有厚而稳定的泥质岩层构造隔水层地下水的流动系统地下流动（流动）系统的几种模式裘不依假设（平面流）哈伯特的河间地块流动模式，图5-38托思的均质各向同性潜水盆地的理想水流模式，图5-39费特提出两径流系统的交接处可能存在驻点，图5-40实例，图5-41、图5-42地下水的流动系统地下水流动系统的水化学特征地下水水质是随着流动过程而不断变化的，地下水化学成分呈时空演变的有序图景。水质决定于以下因素：（1）输入水质（2）流程（3）流速（4）流程上遇上的物质及其可迁移性（5）流程上经受的各种水化学作用水质在时间和空间上都存在差异性地下水的流动系统地下水流动系统的水温特征恒温带以下上低下高补给区和排泄区地温不同第一节地下水动态与均衡的概念定义：地下水的动态是指地下水的数量和质量（水位、流量、水温、水化学成分等）在各种因素影响下随时间的变化情况。某一时间段内某一地段地下水水质、水量收支平衡的数量关系称作地下水均衡。地下水动态与地下水均衡之间的关系：地下水动态是地下水均衡的外部表现，而地下水均衡则是地下水动态的内在原因。地下水动态与均衡的研究意义开发利用地下水矿坑疏排水水资源管理与评价改良土壤疏干排水含水层储热性能的利用第二节影响地下水动态的因素气候因素：主要是降雨、蒸发及气压等因素。不同时间段受气候影响的地下水变化规律昼夜变化:主要是气温和气压变化引起的,含水本身的水位水量并没有发生变化。季节性变化:主要由降水和蒸发引起的。见图6-1缓变型：平原松散沉积区的潜水，动态曲线平缓。突变型：岩溶强烈发育地区，动态曲线形状尖陡，暴涨暴落且与降水同步。见图6-2滞后型:深部承压水,与地表水联系不紧密,对降水影响有滞后效应。多年性变化：一般与太阳黑子有关，11年为一周期，见图6-3第二节影响地下水动态的因素人为因素：在天然状态下，地下水动态围绕某一范围波动，但人类活动却会打破天然动态。主要影响因素：地下水开发、矿区疏干排水、农业灌溉、修建地表和地下水水库、修建运河、渠道、跨区域调水工程、城市污水排放、污灌和人工补给等实例农业灌溉，见图6-6城市地下水开采,见图6-7、6-8、6-9矿井疏干水,见图6-10人工回灌，见图6-11第二节影响地下水动态的因素地质因素：对地下水的影响并不反映于其周期性上，而是反映在形成特征方面，即通过控制含水层本身的结构及赋存环境，影响补给、排泄的强度及径流条件，从而改变地下水要素的变化幅度与滞后时间。地质构造岩石性质埋藏条件地震（图6-5）注意区别水位传递速度和地下水实际流速第三节地下水动态类型及煤矿区地下水动态观测动下水动态的类型朗格的分类：考虑影响因素将潜水分为三个组和若干亚组气候组：分湿润和干燥两个亚组水文组：分补给和回水两个亚组人为组：分灌溉和开采两个亚组卡明基分类：考虑潜水的水动力特点，将地下水分四类分水岭型沿岸型山前型和岩溶型多年冻结型第三节地下水动态类型及煤矿区地下水动态观测地下水动态长期观测任务确定地下水之间、地下水与地表水之间的水力联系，地下水和地表水及大气降水等与矿井充水的关系；预计矿井矿井涌水量及其与开采面积、深度、巷道掘进长度的关系；分析断层和含水层的富水性、导水性，为矿区供水及矿井水文地质条件作综合性评价提供依据。观测内容与方法，详见表6-2第四节地下水均衡几个概念地下水均衡：某一些时间地段内某一地段地下水水质，水量收支平衡的数量关系。地下水均衡研究：就是利用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素之间的数量关系。均衡区：进行水均衡计算所选定的地区称为均衡区。均衡期：进行均衡计算的时间段，称为均衡期。正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（盐量、热量）的收入大于支出。负均衡：反之，支出大于收入，地下水储存量（盐储量、热储量）减少，称作负均衡。第四节地下水均衡水均衡方程式：某一均衡区要一定的均衡期内，水的收入量与支出量之间关系的数学表达式。陆地某一地区的水均衡方程式：收入项（A）：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（B）：地表水流出量（Y2）、地下水流出量（W2）、蒸发量（Z2）储量变化量（）：地表水变化量（V），包气带水变化量（m），潜水变化量（）承压水变化量（）第四节地下水均衡人为影响下的地下水均衡：在自然因素的前提下，加上一个人为影响的水量。抽水：支出项加上一个抽水量矿井开采：考虑矿井排水量农业灌溉：考虑灌入量及沟渠排水量第四节地下水均衡地下水均衡计算步骤及实例水均衡计算和评价的主要步骤在查明区域地下水条件，确定均衡要素并建立均衡方程式划分均衡区确定水文地质参数计算各项补给量和排泄量，根据均衡方程，按每一项逐步进行计算结论第四节地下水均衡实例2：克雷洛夫对中亚某灌区的潜水均衡研究1、均衡公式：2、计算结果：31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.03、结论：补给量大于排泄量，土壤有盐渍化危险，需减少灌水入渗，或加大排水量。第四节地下水均衡实例3：唐山市处于燕山南麓，地势北高南低北高，多年平均降雨量为648.1mm,地表水有5条河流,2个水库及一些坑塘洼地，埋深150m以上的潜水---半承压水，为市区农业及部分工业、生活用水的主要开采层，单位涌水量5~25m3/h·m,地下水自1973年逐步下降，各含水层水位下降速度在0.42~1.67m/a之间，试结合其它有关因素对其水均衡状况作出评价。1.分析水文地质条件及气候条件：主要补给因素：降雨入渗、地表水入渗、灌溉回归及区外径流补给等；排泄项有：工业开采、生活用水、农业开采、矿坑排水、地下径流向区外排泄、潜水蒸发和泉水溢出等。第四节地下水均衡2均衡区划分：划分为两个均衡区计算有关数据，见表6-3评价：全区补给量小于排泄量，处于超采状态。第四节地下水均衡例4某露天矿位于近似封闭的盆地