水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 第九章 地下水的動(dòng)態(tài)與均衡

1、9.1 地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念1. 地下水動(dòng)態(tài)：地下水動(dòng)態(tài)： 在與環(huán)境相互作用下，含水層（含水系統(tǒng)）在與環(huán)境相互作用下，含水層（含水系統(tǒng)）各各要素要素（如水位、水量、水化學(xué)成分、水溫等）（如水位、水量、水化學(xué)成分、水溫等）隨時(shí)隨時(shí)間的變化。間的變化。2. 地下水均衡：地下水均衡： 指某一時(shí)段某一地段內(nèi)地下水水量（鹽量、熱指某一時(shí)段某一地段內(nèi)地下水水量（鹽量、熱量、能量）的量、能量）的收支狀況。收支狀況。第九章第九章 地下水的動(dòng)態(tài)與均衡地下水的動(dòng)態(tài)與均衡3. 地下水動(dòng)態(tài)與均衡的關(guān)系地下水動(dòng)態(tài)與均衡的關(guān)系u均衡是地下水動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)在原因（實(shí)質(zhì)）；均衡是地下水動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)在原因

2、（實(shí)質(zhì)）； 動(dòng)態(tài)是地下水均衡的外部表現(xiàn)；動(dòng)態(tài)是地下水均衡的外部表現(xiàn)；u均衡的性質(zhì)和數(shù)量決定了動(dòng)態(tài)變化的方向與幅度；均衡的性質(zhì)和數(shù)量決定了動(dòng)態(tài)變化的方向與幅度； 動(dòng)態(tài)反映了地下水要素隨時(shí)間變化的狀況。動(dòng)態(tài)反映了地下水要素隨時(shí)間變化的狀況。4.地下水動(dòng)態(tài)與均衡研究的意義地下水動(dòng)態(tài)與均衡研究的意義查清地下水補(bǔ)給、排泄與資源條件、含水層之間、含水層與查清地下水補(bǔ)給、排泄與資源條件、含水層之間、含水層與地表水之間的關(guān)系；地表水之間的關(guān)系；認(rèn)識(shí)區(qū)域水文地質(zhì)條件；認(rèn)識(shí)區(qū)域水文地質(zhì)條件；進(jìn)行水量和水質(zhì)評(píng)價(jià)；進(jìn)行水量和水質(zhì)評(píng)價(jià)；地下水資源合理開發(fā)利用與保護(hù)管理，防止地下水危害；地下水資源合理開發(fā)利用與保護(hù)管理，

3、防止地下水危害；檢驗(yàn)水文地質(zhì)結(jié)論。檢驗(yàn)水文地質(zhì)結(jié)論。9.2 地下水動(dòng)態(tài)地下水動(dòng)態(tài)一、地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制一、地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制 間斷性的降水，間斷性的降水，通過含水層變換通過含水層變換,轉(zhuǎn)化為連續(xù)的地轉(zhuǎn)化為連續(xù)的地下水位或泉流量下水位或泉流量變化。變化。二、影響地下水動(dòng)態(tài)的因素二、影響地下水動(dòng)態(tài)的因素 1. 氣象（氣候）因素：氣象（氣候）因素： 對(duì)潛水動(dòng)態(tài)的影響最為普遍而明顯。對(duì)潛水動(dòng)態(tài)的影響最為普遍而明顯。 晝夜變化：晝夜變化：往往會(huì)形成往往會(huì)形成偽變化偽變化。 季節(jié)變化：季節(jié)變化：潛水表現(xiàn)的極為明顯。潛水表現(xiàn)的極為明顯。 多年變化：多年變化：供水時(shí)，應(yīng)注意多年最低水位，排供水時(shí)，應(yīng)注意多

4、年最低水位，排水時(shí)應(yīng)注意多年最高水位。水時(shí)應(yīng)注意多年最高水位。2. 水文因素水文因素 隨著遠(yuǎn)離河流，水位變幅減小，發(fā)生變化的時(shí)隨著遠(yuǎn)離河流，水位變幅減小，發(fā)生變化的時(shí)間滯后，影響距離可達(dá)幾百米至幾千米。間滯后，影響距離可達(dá)幾百米至幾千米。3. 地質(zhì)因素地質(zhì)因素 包氣帶巖性與厚度：包氣帶巖性與厚度： 控制著地下水位對(duì)降水的響應(yīng)?？刂浦叵滤粚?duì)降水的響應(yīng)。 含水層的巖性：含水層的巖性： 一般粗顆粒的一般粗顆粒的K、值大，一定補(bǔ)給量變化所值大，一定補(bǔ)給量變化所引起的水位變化幅度小。引起的水位變化幅度小。 固體潮、地震等固體潮、地震等 可引起承壓含水層的水位變動(dòng)。可引起承壓含水層的水位變動(dòng)。三、地下

5、水天然動(dòng)態(tài)類型三、地下水天然動(dòng)態(tài)類型 1.潛水及松散沉積物淺部的水：潛水及松散沉積物淺部的水： 蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)：蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)：干旱半干旱地區(qū)的平原或盆地。干旱半干旱地區(qū)的平原或盆地。 地下水徑流微弱，以蒸發(fā)排泄為主。地下水徑流微弱，以蒸發(fā)排泄為主。 地下水向鹽化方向發(fā)展，并使土壤鹽漬化。地下水向鹽化方向發(fā)展，并使土壤鹽漬化。 徑流型動(dòng)態(tài)：徑流型動(dòng)態(tài)：山區(qū)及山前。山區(qū)及山前。 潛水埋藏深，蒸發(fā)排泄可忽略，以徑流排泄為主。潛水埋藏深，蒸發(fā)排泄可忽略，以徑流排泄為主。 水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中趨于淡化。水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中趨于淡化。 弱徑流型動(dòng)態(tài)：弱徑流型動(dòng)態(tài)：氣候濕潤的平原與盆地。氣候濕潤的平原

6、與盆地。 潛水埋藏深度小，但氣候濕潤，蒸發(fā)排泄有限，以徑流潛水埋藏深度小，但氣候濕潤，蒸發(fā)排泄有限，以徑流 排泄為主，但徑流微弱。排泄為主，但徑流微弱。 水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中向淡化方向發(fā)展。水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長期中向淡化方向發(fā)展。 2.承壓水：承壓水：徑流型動(dòng)態(tài)。徑流型動(dòng)態(tài)。 動(dòng)態(tài)變化的程度取決于構(gòu)造封閉條件。動(dòng)態(tài)變化的程度取決于構(gòu)造封閉條件。四、人類活動(dòng)影響下的地下水動(dòng)態(tài)四、人類活動(dòng)影響下的地下水動(dòng)態(tài) 人類活動(dòng)通過增加新的補(bǔ)給來源或新的排泄去路，而改人類活動(dòng)通過增加新的補(bǔ)給來源或新的排泄去路，而改變地下水的天然動(dòng)態(tài)。變地下水的天然動(dòng)態(tài)。 若新增加的補(bǔ)給量與新增加的排泄量相等，會(huì)出現(xiàn)新

7、若新增加的補(bǔ)給量與新增加的排泄量相等，會(huì)出現(xiàn)新的動(dòng)態(tài)平衡。的動(dòng)態(tài)平衡。 若天然排泄量的減少量與新增加的補(bǔ)給量之和不足以若天然排泄量的減少量與新增加的補(bǔ)給量之和不足以補(bǔ)償人工排泄量時(shí)，將導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降。補(bǔ)償人工排泄量時(shí)，將導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降。 興建水庫、引水灌溉等，增加了地下水的補(bǔ)給來源，興建水庫、引水灌溉等，增加了地下水的補(bǔ)給來源，導(dǎo)致地下水位上升。在干旱半干旱區(qū)會(huì)因強(qiáng)烈蒸發(fā)而出現(xiàn)土導(dǎo)致地下水位上升。在干旱半干旱區(qū)會(huì)因強(qiáng)烈蒸發(fā)而出現(xiàn)土壤鹽漬化。壤鹽漬化。9.3 地下水均衡地下水均衡 一、地下水均衡有關(guān)概念一、地下水均衡有關(guān)概念 地下水均衡研究，實(shí)質(zhì)就是應(yīng)用地下水均衡研究，實(shí)質(zhì)就是應(yīng)用質(zhì)

8、量守恒定律質(zhì)量守恒定律去分析參去分析參與水循環(huán)的各要素的數(shù)量關(guān)系。與水循環(huán)的各要素的數(shù)量關(guān)系。 研究某地區(qū)某時(shí)段內(nèi)的研究某地區(qū)某時(shí)段內(nèi)的收入、支出項(xiàng)收入、支出項(xiàng)，列出均衡方程式，列出均衡方程式，確定各均衡項(xiàng)，并推求未知項(xiàng)。確定各均衡項(xiàng)，并推求未知項(xiàng)。 均衡區(qū)：均衡區(qū)：最好是具有隔水邊界的完整水文地質(zhì)單元。最好是具有隔水邊界的完整水文地質(zhì)單元。 均衡期：均衡期：可以是年、季、月，也可以是若干年?？梢允悄?、季、月，也可以是若干年。 正均衡：正均衡：收入收入 支出支出 負(fù)均衡：負(fù)均衡：收入收入 支出支出二、水均衡方程式二、水均衡方程式: ABW 1.天然狀態(tài)下總的水均衡：天然狀態(tài)下總的水均衡：ceh

9、收入項(xiàng)（收入項(xiàng)（A）支出項(xiàng)（支出項(xiàng)（B）儲(chǔ)存量變化儲(chǔ)存量變化W大氣降水量大氣降水量X地表水流出量地表水流出量Y2地表水變化量地表水變化量V地表水流入量地表水流入量Y1地下水流出量地下水流出量W2包氣帶水變化量包氣帶水變化量m地下水流入量地下水流入量W1蒸發(fā)量蒸發(fā)量Z2潛水變化量潛水變化量h水汽凝結(jié)量水汽凝結(jié)量Z1 承壓水變化量承壓水變化量 水均衡方程式為：水均衡方程式為： X - ( Y2Y1 ) - ( W2-W1 ) - ( Z2-Z1 ) V + m + h +ceh2.潛水均衡方程式潛水均衡方程式1uW（XfYfZc Qt） （ZuQd ） h滲入滲入蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)：蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)： XfYf

10、Zu 1uW2uW潛水均衡示意圖潛水均衡示意圖滲入滲入徑流型動(dòng)態(tài)：徑流型動(dòng)態(tài)： XfYfQd 三、人類活動(dòng)影響下的地下水均衡三、人類活動(dòng)影響下的地下水均衡 收入項(xiàng)增加了灌溉入滲補(bǔ)給量及其它人工補(bǔ)給量；收入項(xiàng)增加了灌溉入滲補(bǔ)給量及其它人工補(bǔ)給量； 支出項(xiàng)增加了排水溝渠排泄量、人工開采量、礦山排水支出項(xiàng)增加了排水溝渠排泄量、人工開采量、礦山排水量等。量等。四、地面沉降與地下水均衡四、地面沉降與地下水均衡 大規(guī)模開采承壓含水層中的地下水，會(huì)導(dǎo)致含水層壓密大規(guī)模開采承壓含水層中的地下水，會(huì)導(dǎo)致含水層壓密釋水，引起地面沉降。釋水，引起地面沉降。 粘性土層壓密釋水量往往占地下水開采量的百分之幾十，粘性土層壓密釋水量往往占地下水開采量的百分之幾十，在地下水均衡方程中不能不考慮粘性土層永久釋水的影響。在地下水均衡方程中不