水基8-地下水系統(tǒng)課件

1、第七章第七章 地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng)n 地下水系統(tǒng)概念地下水系統(tǒng)概念 n 地下水含水系統(tǒng)地下水含水系統(tǒng) n 地下水流動系統(tǒng)地下水流動系統(tǒng)n 兩者的比較：兩者的比較： n含水系統(tǒng)的含水系統(tǒng)的整體性整體性體現(xiàn)于它體現(xiàn)于它具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系：具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系：存在于同一含水系統(tǒng)中的水是統(tǒng)一的整體，在含存在于同一含水系統(tǒng)中的水是統(tǒng)一的整體，在含水系統(tǒng)的任一部分加入（接受補給）或排出（排水系統(tǒng)的任一部分加入（接受補給）或排出（排泄）水量，其影響均將波及整個含水系統(tǒng)；泄）水量，其影響均將波及整個含水系統(tǒng)；n 流動系統(tǒng)的流動系統(tǒng)的整體性整體性體現(xiàn)于它體現(xiàn)于它具有統(tǒng)一的水流具有統(tǒng)一的水流，沿，沿著水流方向，鹽

2、量、熱量與水量發(fā)生有規(guī)律的演著水流方向，鹽量、熱量與水量發(fā)生有規(guī)律的演變，呈現(xiàn)統(tǒng)一的時空有序結(jié)構(gòu)；變，呈現(xiàn)統(tǒng)一的時空有序結(jié)構(gòu)；n含水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)都具有含水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)都具有級次性級次性，任一含水系，任一含水系統(tǒng)或流動系統(tǒng)都可能統(tǒng)或流動系統(tǒng)都可能包含不同級次的子系統(tǒng)包含不同級次的子系統(tǒng)；n流動系統(tǒng)以流動系統(tǒng)以流面為邊界流面為邊界，屬于水力零通量面邊界，屬于水力零通量面邊界，邊界是可變的；含水系統(tǒng)是邊界是可變的；含水系統(tǒng)是固定的地質(zhì)邊界固定的地質(zhì)邊界；含；含水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)的邊界是相互交疊的；水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)的邊界是相互交疊的； n流動系統(tǒng)在流動系統(tǒng)在人為影響人為影響下會發(fā)生很大變化；下會發(fā)生

3、很大變化； n控制含水系統(tǒng)控制含水系統(tǒng)發(fā)育發(fā)育的，主要是的，主要是地質(zhì)結(jié)構(gòu)（沉積、地質(zhì)結(jié)構(gòu)（沉積、構(gòu)造、地質(zhì)發(fā)展史構(gòu)造、地質(zhì)發(fā)展史），而控制地下水流動系統(tǒng)發(fā)），而控制地下水流動系統(tǒng)發(fā)育的，主要是育的，主要是水勢場（地形、水文、氣候等）水勢場（地形、水文、氣候等）。 不同類型的含水系統(tǒng)不同類型的含水系統(tǒng)第第2 2節(jié)節(jié) 地下水含水系統(tǒng)地下水含水系統(tǒng) n 松散沉積物構(gòu)成的含水系統(tǒng)松散沉積物構(gòu)成的含水系統(tǒng) （a） n發(fā)育于近代構(gòu)造沉降的發(fā)育于近代構(gòu)造沉降的堆積盆地堆積盆地中，其邊界通常為中，其邊界通常為不透水的堅硬基巖；不透水的堅硬基巖； n含水系統(tǒng)內(nèi)往往由含水系統(tǒng)內(nèi)往往由若干含水層若干含水層和和不完

4、全隔水的粘土不完全隔水的粘土和亞粘土和亞粘土構(gòu)成。含水層之間的水力聯(lián)系通常為構(gòu)成。含水層之間的水力聯(lián)系通常為“天窗天窗式式” 和和“越流式越流式”； n同一含水系統(tǒng)中，各部分的同一含水系統(tǒng)中，各部分的水力聯(lián)系水力聯(lián)系程度有所不同。程度有所不同。n基巖構(gòu)成的含水系統(tǒng)基巖構(gòu)成的含水系統(tǒng) （b,c,d,e） n發(fā)育于一定的地質(zhì)構(gòu)造中，發(fā)育于一定的地質(zhì)構(gòu)造中，褶皺、斷層褶皺、斷層；n固結(jié)良好的基巖往往包含有厚而穩(wěn)定的固結(jié)良好的基巖往往包含有厚而穩(wěn)定的泥質(zhì)巖層泥質(zhì)巖層，構(gòu)成隔水層。構(gòu)成隔水層。n 兩點解釋兩點解釋 n 由隔水層或相對隔水層由隔水層或相對隔水層圈閉圈閉，并不是說它的全部邊，并不是說它的全部

5、邊界都是隔水或相對隔水。界都是隔水或相對隔水。 它可以全部隔水封閉它可以全部隔水封閉（e），）， 但也可以部分邊界開放，這種開放不僅在但也可以部分邊界開放，這種開放不僅在于表面（于表面（a），而且也在于地下（），而且也在于地下（c）。）。 n 一個一個含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)往往由若干往往由若干含水層含水層和和隔水層隔水層（弱透水（弱透水層）組成；層）組成； 但少數(shù)情況下（但少數(shù)情況下（b,e），一個單獨的含），一個單獨的含水層也可構(gòu)成一個含水系統(tǒng)；水層也可構(gòu)成一個含水系統(tǒng)； 另外，同一個含另外，同一個含水層由于構(gòu)造原因也可以構(gòu)成一個以上的含水系統(tǒng)水層由于構(gòu)造原因也可以構(gòu)成一個以上的含水系統(tǒng)（b,c）

6、。）。第第3 3節(jié)節(jié) 地下水流動系統(tǒng)地下水流動系統(tǒng) n地下水流動系統(tǒng)的實質(zhì)地下水流動系統(tǒng)的實質(zhì) 是以是以地下水流網(wǎng)地下水流網(wǎng)為工具，以為工具，以水勢場水勢場及及水質(zhì)場水質(zhì)場為分析基礎(chǔ)，為分析基礎(chǔ)，將將滲流場滲流場、化學(xué)場化學(xué)場與與溫度場溫度場統(tǒng)一于新的地下水流動系統(tǒng)概念統(tǒng)一于新的地下水流動系統(tǒng)概念框架之中?？蚣苤小?將本來似乎互不關(guān)聯(lián)的地下水各方面的表現(xiàn)聯(lián)系在一起，將本來似乎互不關(guān)聯(lián)的地下水各方面的表現(xiàn)聯(lián)系在一起，納入一個易于被人們所理解的地下水空間與時間連續(xù)演變的納入一個易于被人們所理解的地下水空間與時間連續(xù)演變的有序結(jié)構(gòu)之中，有助于人們從整體上把握地下水各個部分之有序結(jié)構(gòu)之中，有助于人們

7、從整體上把握地下水各個部分之間以及它與環(huán)境之間聯(lián)系的完整圖景。間以及它與環(huán)境之間聯(lián)系的完整圖景。n水文地質(zhì)分析框架水文地質(zhì)分析框架 n分析分析介質(zhì)場介質(zhì)場（取決于地層、構(gòu)造、第四紀(jì)地質(zhì)等（取決于地層、構(gòu)造、第四紀(jì)地質(zhì)等因素）；因素）； n分析分析勢場勢場（取決于地形、水文、氣候諸因素）；（取決于地形、水文、氣候諸因素）； n分析該區(qū)的分析該區(qū)的滲流場滲流場（地下水流動系統(tǒng)）建立概念（地下水流動系統(tǒng)）建立概念模型；模型； n根據(jù)根據(jù)流場流場、水化學(xué)場水化學(xué)場與與水溫度場水溫度場之間的密切內(nèi)在之間的密切內(nèi)在聯(lián)系，我們可以有意識地去獲取地下水水化學(xué)與聯(lián)系，我們可以有意識地去獲取地下水水化學(xué)與水溫度資

8、料，以進(jìn)一步確證我們的認(rèn)識。水溫度資料，以進(jìn)一步確證我們的認(rèn)識。 傳統(tǒng)概念傳統(tǒng)概念的的河間地塊流網(wǎng)：河間地塊流網(wǎng)：僅僅把地下水僅僅把地下水流看作平面二維流動，忽視地下水的垂向運動。流看作平面二維流動，忽視地下水的垂向運動。是是錯誤錯誤的。的。n1963年年托特（托特（J.Toth）發(fā)展了郝伯特理論。他發(fā)現(xiàn)：發(fā)展了郝伯特理論。他發(fā)現(xiàn)：在均質(zhì)各向同性潛水盆地中出現(xiàn)三個不同級次的流在均質(zhì)各向同性潛水盆地中出現(xiàn)三個不同級次的流動系統(tǒng)：局部的、中間的和區(qū)域的。動系統(tǒng)：局部的、中間的和區(qū)域的。 n隨后的隨后的R.A.Freeze和和P.A.Witherspoon利用數(shù)值解利用數(shù)值解得到層狀非均質(zhì)介質(zhì)中地下

9、水流動系統(tǒng)得到層狀非均質(zhì)介質(zhì)中地下水流動系統(tǒng) 。n1980年年托特（托特（J.Toth）提出提出“重力穿層流動重力穿層流動”的概念，的概念，將流動系統(tǒng)理論全面推廣到非均質(zhì)介質(zhì)場，并將其將流動系統(tǒng)理論全面推廣到非均質(zhì)介質(zhì)場，并將其應(yīng)用于分析油氣的遷移與積聚。應(yīng)用于分析油氣的遷移與積聚。 n1986年年英格倫（英格倫（G.B.Engelen）建立了一套著重于建立了一套著重于解決水文地質(zhì)問題的地下水流動系統(tǒng)概念與方法解決水文地質(zhì)問題的地下水流動系統(tǒng)概念與方法。砂砂巖巖基基巖巖火成巖的裂隙火成巖的裂隙泉泉頁頁巖巖石灰?guī)r石灰?guī)r均質(zhì)各向同性潛水盆地中的理論流動系統(tǒng)均質(zhì)各向同性潛水盆地中的理論流動系統(tǒng)區(qū)區(qū)

10、域域 流流 動動 系系 統(tǒng)統(tǒng)中中 間間 流流 動動 系系 統(tǒng)統(tǒng)局部流動系統(tǒng)局部流動系統(tǒng)區(qū)域地下水流動及其伴生標(biāo)志區(qū)域地下水流動及其伴生標(biāo)志n 地下水流動系統(tǒng)的水動力特征地下水流動系統(tǒng)的水動力特征 取決于驅(qū)動水運動的重力勢能（托特稱之為取決于驅(qū)動水運動的重力勢能（托特稱之為地形勢地形勢）；）； 在靜止水體中，各處的水頭相等。在靜止水體中，各處的水頭相等。 而在地下水流動系統(tǒng)中，而在地下水流動系統(tǒng)中，勢源處勢源處流線下降，沿著流線方向，流線下降，沿著流線方向，越來越多的機械能消耗于粘滯性摩擦，在垂直剖面上自上而越來越多的機械能消耗于粘滯性摩擦，在垂直剖面上自上而下水頭越來越低，任一點的水頭均小于靜

11、水壓力。下水頭越來越低，任一點的水頭均小于靜水壓力。 在在勢匯處勢匯處，流線向上，垂向上水頭自下而上由高而低，任，流線向上，垂向上水頭自下而上由高而低，任一點的水頭均大于靜水壓力。一點的水頭均大于靜水壓力。 在在中間地帶中間地帶，流線水平，垂向斷面各點，流線水平，垂向斷面各點 水頭均相等，并正水頭均相等，并正好等于靜水壓力。好等于靜水壓力。（解釋潛水（解釋潛水“承壓承壓”） 地質(zhì)控制（地質(zhì)控制（a）與地形控制（）與地形控制（b）的自流井）的自流井地下水流動系統(tǒng)的控制因素地下水流動系統(tǒng)的控制因素地下水流動系統(tǒng)的控制因素地下水流動系統(tǒng)的控制因素n 地下水流動系統(tǒng)的水化學(xué)特征地下水流動系統(tǒng)的水化學(xué)特

12、征 n地下水水質(zhì)是隨著流動過程而不斷變化的。地下水水質(zhì)是隨著流動過程而不斷變化的。 n在地下水流動系統(tǒng)中，任一點的水質(zhì)取決于下列在地下水流動系統(tǒng)中，任一點的水質(zhì)取決于下列因素：因素： （a）輸入水質(zhì)）輸入水質(zhì) （b）流程）流程 （c）流速）流速 （d）流程上遇到的物質(zhì)及其可遷移性）流程上遇到的物質(zhì)及其可遷移性 （e）流程上經(jīng)受的各種水化學(xué)作用）流程上經(jīng)受的各種水化學(xué)作用 n地下水化學(xué)成分主要來自流動過程中對流經(jīng)巖土的地下水化學(xué)成分主要來自流動過程中對流經(jīng)巖土的溶濾溶濾。 在其他條件相同時，地下水在巖層中在其他條件相同時，地下水在巖層中滯留的時間越滯留的時間越長長，從周圍巖土中溶濾獲得的組分便越

13、多。，從周圍巖土中溶濾獲得的組分便越多。 局部流動系統(tǒng)局部流動系統(tǒng)的水，流程短，流速快，地下水的水，流程短，流速快，地下水化學(xué)成分相應(yīng)比較簡單，礦化度較低；化學(xué)成分相應(yīng)比較簡單，礦化度較低； 區(qū)域流動系統(tǒng)區(qū)域流動系統(tǒng)的水，流程長，流速慢，接觸的的水，流程長，流速慢，接觸的巖層多，成分復(fù)雜，礦化度也高。巖層多，成分復(fù)雜，礦化度也高。 但在補給區(qū)礦化度并不高，排泄區(qū)的礦化度但在補給區(qū)礦化度并不高，排泄區(qū)的礦化度最高。最高。同一含水系統(tǒng)中不同流動系統(tǒng)水質(zhì)不同同一含水系統(tǒng)中不同流動系統(tǒng)水質(zhì)不同垂直分帶n在同一介質(zhì)場中，不同流動系統(tǒng)以及同一流動系統(tǒng)在同一介質(zhì)場中，不同流動系統(tǒng)以及同一流動系統(tǒng)不同級次系統(tǒng)

14、的不同級次系統(tǒng)的界線兩側(cè)界線兩側(cè)，地下水，地下水水質(zhì)可能發(fā)生突水質(zhì)可能發(fā)生突變變； n不同流動系統(tǒng)水流相向匯流處不同流動系統(tǒng)水流相向匯流處水動力圈閉帶水動力圈閉帶與相背與相背分流處分流處準(zhǔn)滯留帶準(zhǔn)滯留帶，恰好是流束膨脹，流速遲緩之處，恰好是流束膨脹，流速遲緩之處，有利于各種溶解物、懸浮物、乳狀物質(zhì)、膠體物質(zhì)有利于各種溶解物、懸浮物、乳狀物質(zhì)、膠體物質(zhì)在此積聚；在此積聚； n在地下水流動系統(tǒng)的不同部位，發(fā)生的主要在地下水流動系統(tǒng)的不同部位，發(fā)生的主要化學(xué)作化學(xué)作用用也不同。也不同。地下水流動系統(tǒng)中的水質(zhì)演變地下水流動系統(tǒng)中的水質(zhì)演變n地下水流動系統(tǒng)的地下水流動系統(tǒng)的水溫度場水溫度場特征特征 n沒有地?zé)岙惓５牡貐^(qū)，根據(jù)地下水溫度的分布，可沒有地?zé)岙惓５牡貐^(qū)，根據(jù)地下水溫度的分布，可以判定地下水流動系統(tǒng)。以判定地下水流動系統(tǒng)。 n年常溫帶以下的等溫線通常上低下高，呈水平分布。年常溫帶以下的等溫線通常上低下高，呈水平分布。 但由于地下水流動系統(tǒng)的存在，但由于地下水流動系統(tǒng)的存在，補給區(qū)補給區(qū)的下降