第六章 地下水的动态与均衡

1、水文地质学 Hydrogeology开课：开课：地下水科学与工程教研室地下水科学与工程教研室主讲：主讲：姜纪沂姜纪沂助教：助教：廖廖 欣欣联系：图联系：图405，电话：电话提要：提要： 掌握地下水的动态与均衡的概念、各种掌握地下水的动态与均衡的概念、各种情况下的地下水均衡方程式及各项均衡要素的情况下的地下水均衡方程式及各项均衡要素的意义和计算方法，能够分析地下水动态影响因意义和计算方法，能够分析地下水动态影响因素及动态类型。素及动态类型。6.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念一、地下水动态一、地下水动态l概念：含水层（含水系统）地下水与环境相互作用下，概念：含水层（

2、含水系统）地下水与环境相互作用下，含水层中地下水的物理与化学状态要素随时间变化。含水层中地下水的物理与化学状态要素随时间变化。l 地下水要素：水位地下水要素：水位(水头水头)、水量、水温、化学成分等。、水量、水温、化学成分等。6.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念二、地下水均衡二、地下水均衡l地下水均衡地下水均衡某时段内某地段内地下水水量（盐量、某时段内某地段内地下水水量（盐量、热量、能量）收支状况。热量、能量）收支状况。l地下水资源不同于其它矿产资源的最主要区别，在于地下水资源不同于其它矿产资源的最主要区别，在于其质和量总是随时间不停变化着。其质和量总是随时间不停变化着。6.1 动态与均衡

3、的概念动态与均衡的概念三、两者关系三、两者关系l地下水动态是含水层水量、盐量、热量、能量收支不地下水动态是含水层水量、盐量、热量、能量收支不平衡的结果。平衡的结果。l均衡是动态变化的内因（实质），动态是均衡的外部均衡是动态变化的内因（实质），动态是均衡的外部表现。表现。l均衡的性质和数量决定了动态变化的方向与幅度均衡的性质和数量决定了动态变化的方向与幅度l地下水动态反映地下水要素随时间变化状况地下水动态反映地下水要素随时间变化状况。6.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念四、重要意义四、重要意义1. 研究动态与均衡研究动态与均衡l查清地下水补给、排泄与资源条件、含水层之间、含查清地下水补给、排

4、泄与资源条件、含水层之间、含水层与地表水之间关系；认识区域水文地质条件；水水层与地表水之间关系；认识区域水文地质条件；水量和水质评价；地下水资源合理开发利用与保护管理，量和水质评价；地下水资源合理开发利用与保护管理，防止地下水危害；检验水文地质结论。防止地下水危害；检验水文地质结论。6.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念 2. 研究意义具体表现研究意义具体表现l根据地下水动态特征分析、认识地下水埋藏条件、水量根据地下水动态特征分析、认识地下水埋藏条件、水量-水质形成条件和区分不同类型含水层；水质形成条件和区分不同类型含水层；l可利用地下水动态资料去计算地下水的某些均衡要素，如可利用地下水动态

5、资料去计算地下水的某些均衡要素，如入渗系数、储存量、蒸发量等。入渗系数、储存量、蒸发量等。l水量、水质的计算与评价都必须有时间的概念，地下水动水量、水质的计算与评价都必须有时间的概念，地下水动态资料是地下水资源评价和预测是必不可少的依据。态资料是地下水资源评价和预测是必不可少的依据。6.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念 3. 水均衡研究水均衡研究主要是主要是应用质量守衡定律分析水循环各要应用质量守衡定律分析水循环各要素数量关系。素数量关系。l阐明某地区某段时间内阐明某地区某段时间内地下水水量（盐量、热量）收地下水水量（盐量、热量）收入与支出间数量关系；入与支出间数量关系；l 弄清水量、水质

6、随时间变化关系弄清水量、水质随时间变化关系；l 分析收入、支出项，列出均衡方程，采用相应方法确分析收入、支出项，列出均衡方程，采用相应方法确定有关均衡项定有关均衡项；l 根据均衡方程可推知未知项，确定有关水文及水文地根据均衡方程可推知未知项，确定有关水文及水文地质参数质参数。l地下水动态是含水层对环境施加的激励所产生的响应，地下水动态是含水层对环境施加的激励所产生的响应，即含水层将输入信息变换后产生的输出信息即含水层将输入信息变换后产生的输出信息。l由于信号的滞后由于信号的滞后、延迟和迭加延迟和迭加，使间断性降水通过含水，使间断性降水通过含水层变换而转化成为比较连续的地下水位层变换而转化成为比

7、较连续的地下水位/泉流量变化泉流量变化。6.2 地下水动态地下水动态降水补给引起地下水位响应降水补给引起地下水位响应滞后滞后-延迟延迟-叠加叠加激励激励脉冲式的降水脉冲式的降水响应响应波状信号的信息波状信号的信息思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些河北饶阳地下水位动态曲线河北饶阳地下水位动态曲线 （1）环境对含水层的信息输入，包括降水、地表水对地）环境对含水层的信息输入，包括降水、地表水对地下水的补给，人工开采地下水、地应力对地下水影响等。下水的补给，人工开采地下水、地应力对地下水影响等。 （2）变换输入信息的因素，即赋存地下水的地质地形条）

8、变换输入信息的因素，即赋存地下水的地质地形条件等。件等。6.2 地下水动态地下水动态（1）气象气候因素：对潜水动态影响最普遍。）气象气候因素：对潜水动态影响最普遍。 降水数量及其时间分布影响潜水补给。降水使潜水含降水数量及其时间分布影响潜水补给。降水使潜水含水层水量增加，水位抬升，水质变淡。水层水量增加，水位抬升，水质变淡。 气温、湿度、风速等与其它条件结合，影响潜水蒸发气温、湿度、风速等与其它条件结合，影响潜水蒸发排泄，使潜水水量变少，水位降低，水质变咸。排泄，使潜水水量变少，水位降低，水质变咸。 气候要素周期性地发生昼夜、季节与多年变化，因此气候要素周期性地发生昼夜、季节与多年变化，因此潜

9、水动态也存在着昼夜变化、季节变化及多年变化。潜水动态也存在着昼夜变化、季节变化及多年变化。6.2 地下水动态地下水动态气象（气候）因素：气象（气候）因素：虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量潜水动态曲线（19541955，北京） （2）水文因素：地表水体补给地下水引起地下水位抬升，）水文因素：地表水体补给地下水引起地下水位抬升，随着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后，影随着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后，影响距离可达几百米至几千米。响距离可达几百米至几千米。 影响距离：影响距离： 式中：l-

10、影响距离(m)；K-渗透系数(m/d)；hm-含水层平均厚度(m)； -含水层给水度；t- 时间(d)。6.2 地下水动态地下水动态tKhlm（3）地质因素：是影响信息输入变换的因素。）地质因素：是影响信息输入变换的因素。l潜水位的埋深：埋深大小，对滞后潜水位的埋深：埋深大小，对滞后-延迟时和变幅的影响延迟时和变幅的影响l包气带岩性：包气带岩性：K起作用；起作用；l饱水带岩性：饱水带岩性：K和和均起作用均起作用l地下水所处空间部位：补给区，排泄区。补给区较排泄区更不稳定地下水所处空间部位：补给区，排泄区。补给区较排泄区更不稳定l地震、固体潮对承压水位影响较明显。地震、固体潮对承压水位影响较明显

11、。 6.2 地下水动态地下水动态 （4）人类活动：）人类活动： 通过增加新的补给来源或新的排泄去路，均会较大通过增加新的补给来源或新的排泄去路，均会较大程度地改变地下水的天然动态。程度地改变地下水的天然动态。6.2 地下水动态地下水动态6.2 地下水动态地下水动态l 根据影响地下水动态主导因素分类：渗入根据影响地下水动态主导因素分类：渗入-蒸发型、渗入蒸发型、渗入-径流型、水文型、渗入径流型、水文型、渗入-开采型以及多年冻结型和冰雪补开采型以及多年冻结型和冰雪补给型等（成因类型）。给型等（成因类型）。l 地下水动态曲线是根据观测点地下水动态观测资料绘制地下水动态曲线是根据观测点地下水动态观测资

12、料绘制的地下水水位、流量、水温及水化学成分随时间变化的的地下水水位、流量、水温及水化学成分随时间变化的曲线图。曲线图。6.2 地下水动态地下水动态地下水动态类型 类 型 出现地区 动态特征 渗入-蒸发型 干旱、半干旱区，地形切割微弱的平原、盆地。 径流微弱，年水位变化小，水质季节变化明显，盐化、土壤盐渍化。大陆盐化水。 渗入-径流型 山区、山前、水位深埋区。 年水位变化大而不均，水质季节变化不明显，水质趋于淡化。 渗入-弱径流型 气候湿润的平原、盆地，地形切割弱。 年水位变幅小， 各处接近， 水质季节变化不明显， 淡化。 水文型 沿江河两岸的条带地段 年水位变化随江河水位变化而变化，但幅度小于江河水位变化幅度。 开采型 城市及集中开采区 水位变化受开采量影响。 6.2 地下水动态地下水动态 潜水、承压水由于排泄方式、交替程度不同，两者的动态特征也不同o潜水的动态类型三种类型：l蒸发型主要出现在干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆地。l径流型广泛分布于山区及山前l弱径流型气候湿润的平原与盆地，蒸发排泄有限，径流排泄为主，但径流微弱。o承压水l径流型动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，