水文地质学基础 9.地下水系统

潜水、承压水模拟演示实验通知42111，5月30日，周四，3、4节承压水，5、6节潜水；42112，5月30日，周四，3、4节潜水，5、6节承压水；地点：水工楼105地下水的排泄方式（径流排泄和蒸发排泄）泉的类型及研究意义地下水向地表水的排泄潜水蒸发及其影响因素含水层之间的排泄复习第9章

地下水流系统

（Groundwatersystem)9.1地下水系统的概念9.2地下水流动系统及其特征系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体（钱学森等，1978）。相互作用，相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集；整体功能大于局部（要素）之和。系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法。系统思想的核心：就是把研究对象看作一个有机整体，从整体角度去考察、分析与处理问题的方法。系统思想追求的目标→系统整体功能的最优化（不是局部的）系统与系统方法9.1地下水系统的概念系统的输入与输出，激励与响应一个系统，不仅内部诸要素存在着相互作用，而且与外部环境发生相互作用；以系统为对象，系统接受或向环境产生的物质、能量或信息——称为系统的输入与输出；以系统为作用对象，环境对系统的作用与系统对环境的反作用——称为激励与响应。系统物质输出能量信息输入物质能量信息地下水含水系统（Groundwateraquifersystem/Groundwaterbearingsystem）是指有隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的赋存地下水的岩系。地下水流系统（Groundwaterflowsystem）是指从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。地下水含水系统与地下水流系统的比较共同点

突破了把单个含水层作为基本功能单元的传统system≠aquifer）；力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体。地下水系统地下水含水系统与地下水流系统之间的区别地下水含水系统地下水流动系统根本不同分类依据系统发育史边界性质系统可变性统一性研究意义静态系统（含水系统）动态系统（流动系统）根据储水构造划分—以介质场为依据根据水的流动特征划分—以渗流场为依据共同的地质演变历史—地层形成史一致共同的地下水演变历史—地下水的补给、径流统一隔水与相对隔水的地质边界—地质上的零通量面流面（分水线）构成水力边界—水力零通量面边界固定不变—不变的静态系统边界可变，系统规模、数目变—是可干扰的动态系统具有统一或潜在统一的水力联系水、盐、热量具有统一的时空演变有助于从整体上研究水量、盐量、热量的均衡

有助于研究水量、水质、水温的时空演变（尤其是水质）地下含水系统与地下水流系统之间的联系两者都可以进一步划分为子系统——层次性；一个大的地下水含水系统可以包容多个流动系统，而一个大的流动系统可以穿越多个含水系统——交叉性。子系统不同，大的系统是一致的。在人为因素影响下，流动系统的规模、数量均会发生变化，但变化受到大的含水系统边界的制约，通常不会越出大的含水系统边界——一致性。ABAB9.2地下水流系统及其特征(GroundwaterFlowSystem)地下水流系统概念地下水流系统的划分GFS的水动力特征GFS的水化学特征GFS的水温度特征地下水流系统物理模拟小结地下水流系统(GFS)概念地下水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。区域水力连续性从较长的时间尺度与较大的空间范围来考察问题，广大范围内的地下水都存在着水力联系→时间因素。控制地下水流动的是“势”（地形），而不是地质条件。GFS理论的两个前提地下水流系统的划分中间GFS区域GFS局部GFSGFS的水动力特征高势区（势源）地形高处，补给区，地下水由上至下运动，势能向压能转化；低势区（势汇）地形低处，排泄区，地下水由下向上运动，压能释放转化为势能。水流系统的级次性及特征多源系统中易产生多级多个地下水流动系统；局部流动系统流速快，水循环交替快;区域流动系统流速慢，水循环交替慢。地下水流系统的伴生现象——生态、环境的关系。补给区，水位埋深大，水分不足——耐旱植物;排泄区，水位埋深小，水分过剩——沼泽、湿地、泉，喜水、耐盐植物。GFS的水化学特征地下水的化学及同位素特征，是水流的“化石”，是重塑历史及地质历史时期地下水流的依据；在地下水流系统，化学组分及同位素组分呈现时空演变的有序图景，因此，获取不同部位较为详细的水化学资料，结合其他信息，是构建地下水流系统的重要依据。沿流线始终保持恒定，如稳定同位素氘和氧、惰性气体含量及比例；沿流线不断衰减，如放射性同位素14C；沿流程发生规律性演变，如氯离子、TDS沿程增加。水流系统水化学特征局部：流程短，流速快（交替快），M低，水型简单区域：流程长，流速慢（交替迟缓），M高，水型复杂垂直与水平分带性水化学积聚区：相汇处→水动力圈闭带，相背处→准滞流带地下水流系统的不同部位，发生的主要化学作用不同。GFS的水温度特征22℃22℃20℃20℃22℃22℃20℃20℃上升水流产生正增温下降水流产生负增温仪器简介蠕动泵读数（转换）:流量Q=读数(转/min)

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转换参数(ml/转),单位:

ml/min多级水流系统物理模拟蠕动泵参数(ml/转):上游泵：2.601中游泵：2.555下游泵：2.411函数转化：Q=2.559*转数改进的砂槽多级水流系统砂槽模拟直观多级水流系统稳定二维流模拟——稳定降水，3个定高程的汇(排泄)，多级水流系统局部水流系统—5个；中间水流系统—1个；区域水流系统—1个实习

地下水流系统的模拟演示一、FLOWNETD模拟程序简介二、模拟操作基本步骤三、主要内容简单盆地（均质、非均质场）复杂盆地（均质、非均质场）小结地下水流系统理论实质是以地下水流网为工具，以势场、介质场分析为基础，将渗流场、水化学场、温度场统一于新的地下水流动系统概念框架之中。地下水流动系统理论将传统认为互不关联的地下水各方面的表现联系在一起，纳入到一个有序的地下水空间与时间连续演变的结构之中，有助于人们从整体上把握地下水质与量特征以及地下水系统与环境之间联系。地下水流系统特征：（1）完整性：从形成—演变—消亡的完整过程；（2）四维性：是统一的时空变化水体；（3）有序性：水流的物理、化学、温度和生物场的整体统一有序；（4）可变性：受外部环境影响，地下水流系统可以发生变化。

——这一分析方法叫做地下水系统分析方法。水流特点：源区—地下水流由上向下运动，流速减小；汇区—地下水流由下向上运动，流速增大；中间径流区—地下水流近于(水平)平行运动。水动力圈闭带准滞留带地形简单，只出现区域水流系统，以水平分带为主；地形复