地下水的动态与均衡

1、7 地下水动态与均衡,7.1 地下水的动态与均衡的概念7.2 影响地下水动态的因素7.3 地下水天然动态类型7.4 地下水均衡,7.1 地下水的动态与均衡的概念,含水层（含水系统）经常与环境发生物质、能量与信息的交换，时刻处于变化之中与时间有关 地下水动态的概念 在各种自然和人为因素的影响下，地下水的水位、水量、化学成分、水温等随时间变化的情况，称为地下水动态.与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素随时间的变化。 地下水均衡的概念 某一时间段内，某一地段地下水水量（盐量、热量、能量）收支平衡的数量关系，称为地下水均衡。 地下水的各要素随时间变化的原因，在于地下水在不同时间段内补给与排泄的不

2、平衡。 关系：地下水的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。,7.2 影响地下水动态的因素,7.2.1 地下水动态的形成机制 与环境的相互作用 降水补给地下水系统水位上升 (出现变化） 地下水水位对外界输入（降水）响应的特点： （1）滞后和延迟现象 （2）有叠加现象 因外界输入而引起的系统响应（或输出）的变化幅度是含水系统内部结构作用的结果 某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量 动态稳定变化幅度小 动态不稳定变化幅度大,地下水动态曲线,降水补给引起地下水位响应滞后-延迟-叠加,河北饶阳地区地下水位动态曲线,思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些,7.2

3、.2 影响地下水动态的因素,1、气象（气候）因素 特点：大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素) 气象因素表现： 降水的 昼夜变化 降水的 年内季节性变化 降水的 多年变化（如11年周期） 与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化 昼夜变化 -在许多地区不明显 年内变化 -最突出 多年变化 -研究周期长 伪变化：气压、气温变化引起井孔中水位发生变化，是由于与大气相通的井孔地下水表面压力的变化，而含水层中的水量并未变化。,气象要素与潜水位变化关系曲线图 1降水量； 2蒸发量； 3气温； 4相对湿度； 5潜水位埋深,7.2.2 影响地下水动态的因素,2、水文因素 指地表水体的变化对地下水动

4、态的影响 从右图中可以看出什么规律？ 潜水水位随河水的涨落而涨落，但时间滞后；与地表水体的距离有关 思考？河流排泄地下水的情况？ 地下水径流通畅。潜水位变化幅度小，距河越远，变化幅度越大。,7.2.2 影响地下水动态的因素,3、地质因素 地质因素是间接因素（相当于滤波器） 气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓 地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用 潜水位的埋深：埋深的大小，对滞后-延迟和变幅的影响 包气带岩性：K起作用,对滞后的影响 饱水带岩性：K和均起作用 地下水所处的空间部位：补给区，排泄区。一般而言，补给区较排泄区更不稳定 地质因素通过控制含水层本身的结构及赋存环境，影响补

5、给、排泄的强度及径流条件，从而影响地下水的动态,？分析岩溶水动态,山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线,云南喷水洞地下暗河流量动态曲线,7.2.2 影响地下水动态的因素,4、人为因素 包括开采、矿区疏干排水、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等,过量开采地下水的结果：区域性地下水水位的持续下降。,唐山市地下水位变化图,1969104m3,5944104m3,河北衡水承压水开采漏斗中心孔水位变化曲线图,矿区疏干排水,人工补给、渠道渗漏及农灌水的回渗，抬升地下水位 兴建水库，人工抬高地表水位，则可引起近河地段的潜水产生壅水现象。 生活污水、工业废水的回渗导致地下水污染,7.3 地下水天然动态类型,潜水、承

6、压水由于排泄方式、交替程度不同，两者的动态特征也不同 1、潜水的动态类型三种类型 蒸发型(渗入-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。 特点：年水位变幅小，各处变幅接近；水质季节变化明显，总趋势是地下水不断向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。 径流型（渗入-径流型） 广泛分布于山区及山前 特点：年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位变幅由大变小）；水质季节变化不明显，总趋势是水质不断趋于淡化。,弱径流型（渗入-蒸发径流型） 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。 特点：年水位变幅小，各处变幅相近；水质季节变化不明显，总趋势是向淡化方向发展。 2.

7、承压水动态类型径流型 动态变化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，水质的淡化趋势愈明显。 地下水动态的天然类型，可因人为因素的改变而改变。,7.4 地下水均衡,地下水均衡：某一时间段内，某一地段地下水水量（盐量、热量、能量）收支平衡的数量关系，称为地下水均衡。 动态是均衡的外部表现 7.4.1 均衡区与均衡期 地下水均衡是以地下水为对象的均衡研究。目的在于阐明某个地区在某一段时间内，地下水水量（盐量、热量）收入与支出间的数量关系。 均衡区：进行均衡计算所选定的地区 均衡期：进行均衡计算的时间段（一个水文年） 均衡结果（表现）：正均衡或负均衡,7.4.2 水

8、均衡方程式质量守恒,水均衡方程式就是均衡区在一定均衡期，水的收入量和支出量之间关系的数学表达式。 一般表达形式：A - B = （单位mm） A收入项大气降水量(X)、地表水流入量Y1、地下水流入量W1、水汽凝结量Z1； B支出项地表水流出量（Y2）、地下水流出量（W2）、蒸发量（Z2）； （X +Y1+ W1+ Z1）-（ Y2+ W2+ Z2 ）= X-(Y2 -Y1)-(W2 -W1)- (Z2 -Z1) = 均衡时段内，均衡区的水量变化量地表水变化量(V)、包气带水变化量（m）、潜水变化量（ ）、及承压水变化量（ ） 均衡结果（表现）：正均衡或负均衡,7.4.3 天然条件下潜水的水均衡

9、方程式,潜水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h,7.4.3 天然条件下潜水的水均衡方程式,Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h 几种条件下的潜水均衡方程式： 干旱半干旱平原区：忽略Zc ；地形切割微弱Qd0； 无越流时Qt =0；径流滞缓Wu1 Wu2 0； Xf + Yf - Zu =h 多年均衡条件下 ：h =0，则 Xf + Yf = Zu（入渗补给潜水量全部消耗于蒸发） 湿润山区潜水均衡 Zu =0 Xf + Yf = Qd （入渗补给潜水量全部以径流形式排泄） 强烈开采

10、区 Xf + Yf = Q开 （入渗补给量全部以开采形式排泄）,7.4.3 区域地下水均衡,堆积平原含水系统地下水均衡模式图,堆积平原含水系统地下水均衡模式分析,分区（三段均衡区）分析：,用含水系统分析，水量均衡方程：,进行水均衡研究或计算，切忌避免重复；否则会人为地夸大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果,假定单独开采山前平原潜水： 随着潜水位下降，地下水将不再溢出成泉Qd=0 与冲积平原间水头差变小，W2减小 随着潜水位下降，蒸发减弱，Zu1变小 与山区地下水水头差变大，W1增加 地表水与地下水水头差变大，Yf1增大 潜水浅埋带水位变深，有利于降雨入渗，可能使Xf1增大。 开采的结果

11、是山前平原潜水补给量增加，天然排泄量减少。,同时，对地表水及相邻地区地下水的均衡产生影响。 W2减少及相应的Qt减少，使冲积平原承压水及潜水补给量减少 W1增大，使山区地下水排泄量增大 Xf1及Yf1增大，使地表径流减少，从而使冲积平原潜水收入项Yf2变小。,7.4.5人为影响下的地下水均衡,人类活动主要通过改变补给量或排泄量来影响地下水的动态。 加入人为造成的含水层的收入或支出项即可 h= Xf + f1+f2+ Qt Zu-Qr 31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20 结论： 正均衡，潜水位一年上升620mm，蒸发量会逐不断增加，土壤盐渍化 原因：灌溉水入渗，排水能力低 措施：减少灌水入渗、加大排水能力,本章小结,地下水动态主要