水文地質學基礎第九章

1、水文地質學基礎Fundamentals of Hydrogeology第九章第九章 地下水的動態(tài)與均衡地下水的動態(tài)與均衡9.1 9.1 地下水動態(tài)與均衡的概念地下水動態(tài)與均衡的概念9.2 9.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)9.3 9.3 地下水均衡地下水均衡 含水層（含水含水層（含水系統(tǒng)）系統(tǒng)）始終始終與與環(huán)境環(huán)境發(fā)生發(fā)生物質物質、能量能量、信息信息的交換，時刻的交換，時刻處于變化之中處于變化之中。 地下水動態(tài)的概念：地下水動態(tài)的概念： 在與環(huán)境相互作用下在與環(huán)境相互作用下, ,含水層各要素含水層各要素( (水位、水量、水化學成分、水溫等水位、水量、水化學成分、水溫等) )隨時隨時間的變化間的變化,

2、 ,稱作地下水動態(tài)稱作地下水動態(tài)。 地下水要素隨時間發(fā)生變動的原因：地下水要素隨時間發(fā)生變動的原因： 含水層含水層( (含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)) )水量、鹽量、熱量、能量水量、鹽量、熱量、能量收支不平衡的結果收支不平衡的結果。 當含水層的當含水層的補給水量大于排泄水量時補給水量大于排泄水量時, ,儲存水儲存水量增加量增加, ,地下地下水位上升水位上升； 當當補給量小于排泄量時補給量小于排泄量時, ,儲存水量減少儲存水量減少, ,水位水位下降下降。 鹽量、熱量、能量的收支不平衡鹽量、熱量、能量的收支不平衡, ,會會使地下水使地下水水質、水溫或水位發(fā)生相應變化水質、水溫或水位發(fā)生相應變化。地下水位的變化

3、反映了地下水所具有的勢能的變地下水位的變化反映了地下水所具有的勢能的變化。而地下水勢能變化可以由于化。而地下水勢能變化可以由于獲得水量補給儲獲得水量補給儲存水量增加存水量增加引起引起, ,也可以也可以與水量增減無關與水量增減無關。 例如：例如： 當含水層受到地應力作用當含水層受到地應力作用, ,賦存地下水的含賦存地下水的含水介質受到壓應力并將其傳遞到地下水上時水介質受到壓應力并將其傳遞到地下水上時, ,地地下水位也會上升；下水位也會上升； 這種情況下地下水位雖有上升但并不意味著這種情況下地下水位雖有上升但并不意味著其水量增加。其水量增加。 研究地下水動態(tài)的意義：研究地下水動態(tài)的意義： 地下水動

4、態(tài)反映了地下水動態(tài)反映了地下水要素隨時間變化的地下水要素隨時間變化的狀況狀況，為了合理利用地下水或有效防范其危害，為了合理利用地下水或有效防范其危害，必須掌握地下水動態(tài)；必須掌握地下水動態(tài)； 地下水動態(tài)提供給我們關于地下水動態(tài)提供給我們關于含水層或含水系含水層或含水系統(tǒng)的不同時刻的系列化信息統(tǒng)的不同時刻的系列化信息，因此，在檢驗所作，因此，在檢驗所作出的水文地質結論，在論證人們所采用的利用或出的水文地質結論，在論證人們所采用的利用或防范地下水的水文地質措施是否得當時，地下水防范地下水的水文地質措施是否得當時，地下水動態(tài)資料是最權威的判據(jù)。動態(tài)資料是最權威的判據(jù)。 地下水均衡的概念：地下水均衡的

5、概念： 某一某一時間段時間段內某一內某一地段地段內地下水水內地下水水量量( (鹽量、熱量、能量鹽量、熱量、能量) )的的收支狀況收支狀況稱作稱作地下水均衡。地下水均衡。 地下水動態(tài)與地下水均衡間的關系：地下水動態(tài)與地下水均衡間的關系： 動態(tài)動態(tài)是均衡的是均衡的外部表現(xiàn)外部表現(xiàn)； 均衡均衡是動態(tài)的是動態(tài)的內在根源內在根源。研究地下水動態(tài)與均衡的意義：研究地下水動態(tài)與均衡的意義： 查清地下水的補給、排泄條件；查清地下水的補給、排泄條件； 闡明地下水資源條件；闡明地下水資源條件； 確定含水層之間、含水層與地表水體的關系。確定含水層之間、含水層與地表水體的關系。 地下水動態(tài)的形成機制地下水動態(tài)的形成機

6、制 影響地下水動態(tài)的因素影響地下水動態(tài)的因素 地下水天然動態(tài)類型地下水天然動態(tài)類型 人類活動影響下的地下水動態(tài)人類活動影響下的地下水動態(tài) 9.2 地下水動態(tài)地下水動態(tài)一、地下水動態(tài)的形成機制一、地下水動態(tài)的形成機制形成機制的理解：形成機制的理解： 地下水動態(tài)是地下水動態(tài)是含水層含水層( (含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)) )對環(huán)境對環(huán)境施加的施加的激勵所產生的響應激勵所產生的響應； 地下水動態(tài)是含水層地下水動態(tài)是含水層( (含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)) )將輸入信息變將輸入信息變換后換后產生的輸出信息產生的輸出信息。實例分析：實例分析：分析降雨對地下水位的影響分析降雨對地下水位的影響 一次降雨一次降雨：通常持續(xù)數(shù)小時

7、到數(shù)天，把它看作是：通常持續(xù)數(shù)小時到數(shù)天，把它看作是發(fā)生于某一時刻的發(fā)生于某一時刻的“脈沖脈沖”。 同一時刻的降雨同一時刻的降雨, ,在包氣帶中通過大小不同的在包氣帶中通過大小不同的空隙以不同速度下滲。空隙以不同速度下滲。 當運動最快的水滴到達地下水面時，地下水位當運動最快的水滴到達地下水面時，地下水位開始上升，占比例最大的水量到達地下水面時，地開始上升，占比例最大的水量到達地下水面時，地下水位的上升達到峰值；運動最慢的水滴到達地下下水位的上升達到峰值；運動最慢的水滴到達地下水面后水面后, ,降水的影響結束。降水的影響結束。 與一個降水與一個降水脈沖脈沖相相對應對應, ,作為響應作為響應的地下

8、的地下水位的抬升表現(xiàn)為一個水位的抬升表現(xiàn)為一個波形波形?；蛘哒f，經過含。或者說，經過含水層水層( (含水系統(tǒng)）的變含水系統(tǒng)）的變換換, ,一個一個脈沖信號脈沖信號變成變成了一個了一個波信號波信號。 與對應的脈沖相與對應的脈沖相比較比較, ,波的出現(xiàn)有一個波的出現(xiàn)有一個時間滯后時間滯后a,a,并持續(xù)某一并持續(xù)某一時間延遲時間延遲b b。 多次降雨：多次降雨： 當相鄰的兩次或多當相鄰的兩次或多次降雨接近，各次降雨次降雨接近，各次降雨引起的地下水抬升的引起的地下水抬升的波波形相互迭合形相互迭合。 當各個波峰迭加時當各個波峰迭加時, ,會迭合成更高的波峰會迭合成更高的波峰（圖（圖a a、b b、c),

9、c),地下水地下水位會位會出現(xiàn)一個峰值出現(xiàn)一個峰值。 實際情況下，實際情況下，多是各個波形的多是各個波形的波峰與波谷迭合波峰與波谷迭合, ,削峰填谷削峰填谷, ,構成平構成平緩的復合波形緩的復合波形（圖圖d d、e e、f) f)。 降水對泉流量的影響降水對泉流量的影響： 一次降雨使泉水量出現(xiàn)一個波形的增加，若干次降一次降雨使泉水量出現(xiàn)一個波形的增加，若干次降雨所引起的波形相迭合，削峰填谷的結果，使泉流量遠雨所引起的波形相迭合，削峰填谷的結果，使泉流量遠較降水變化為穩(wěn)定。北方的許多巖溶大泉流量動態(tài)穩(wěn)定較降水變化為穩(wěn)定。北方的許多巖溶大泉流量動態(tài)穩(wěn)定就是此原因。就是此原因。 間斷性的降水間斷性的

10、降水, ,通過含水層通過含水層( (含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)) )的變換的變換, ,將轉化將轉化成比較連續(xù)的地下水位變化或泉流量變化。這是信號滯成比較連續(xù)的地下水位變化或泉流量變化。這是信號滯后、延遲與迭加的結果。后、延遲與迭加的結果。 地下水動態(tài)的特點：地下水動態(tài)的特點： 連續(xù)性連續(xù)性 隨機性隨機性 周期性周期性二、影響地下水動態(tài)的因素二、影響地下水動態(tài)的因素 按照按照地下水動態(tài)是含水層地下水動態(tài)是含水層( (含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)) )連續(xù)的連續(xù)的信息輸出信息輸出的理解，將影響地下水動態(tài)的因素分為的理解，將影響地下水動態(tài)的因素分為兩類兩類: : 環(huán)境對含水層環(huán)境對含水層( (含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)) )的信息

11、輸入的信息輸入： 如降水、地表水的補給，人工開采或補給地如降水、地表水的補給，人工開采或補給地下水，地應力對地下水的影響等下水，地應力對地下水的影響等； 變換輸入信息的因素變換輸入信息的因素： 賦存地下水的地質、地形條件。賦存地下水的地質、地形條件。 影響地下水動態(tài)的主要影響地下水動態(tài)的主要自然因素自然因素： 氣候（氣象）因素氣候（氣象）因素 水文因素水文因素 地質因素地質因素 植被因素植被因素 特點：特點：大面積、普遍產生影響（主要是降水與大面積、普遍產生影響（主要是降水與蒸發(fā)）蒸發(fā)） 氣象（氣候）因素對潛水動態(tài)的影響：氣象（氣候）因素對潛水動態(tài)的影響： 特點特點：普遍性最好：普遍性最好 過

12、程過程：a.a.降水的數(shù)量及其時間分布，影響潛水降水的數(shù)量及其時間分布，影響潛水的補給，從而使?jié)撍畬铀吭黾?，水位抬的補給，從而使?jié)撍畬铀吭黾?，水位抬升，水質變淡；升，水質變淡； b.b.氣溫、濕度、風速等與其它條件結合氣溫、濕度、風速等與其它條件結合，影響著潛水的蒸發(fā)排泄，使?jié)撍孔兩?，影響著潛水的蒸發(fā)排泄，使?jié)撍孔兩?，水位降低，水質變咸。水位降低，水質變咸。1.1.氣象（氣候）因素氣象（氣候）因素決定動態(tài)總輪廓決定動態(tài)總輪廓 氣象（氣候）要素的周期性變化：氣象（氣候）要素的周期性變化： 降水的降水的 晝夜變化晝夜變化 降水的降水的 年內季節(jié)性變化年內季節(jié)性變化 降水的降水的

13、 多年變化（如多年變化（如1111年周期）年周期） 與此相對應，地下水動態(tài)也有這三種周期性變化與此相對應，地下水動態(tài)也有這三種周期性變化 晝夜變化晝夜變化 在許多地區(qū)不明顯在許多地區(qū)不明顯 多年變化多年變化 研究周期長研究周期長 季節(jié)變化季節(jié)變化 最突出最突出 、最有意義、最有意義分析氣象因素對潛分析氣象因素對潛水位的影響時，必水位的影響時，必須區(qū)分潛水位的須區(qū)分潛水位的真真變化與偽變比變化與偽變比。實踐中，應當考慮實踐中，應當考慮多年的地下水位與多年的地下水位與水量的變化。水量的變化。 氣候存在氣候存在多年周期性波動多年周期性波動 例如：周期為例如：周期為1111年的太陽黑子變化，影響豐年的

14、太陽黑子變化，影響豐水期與干旱期的交替，使地下水位呈同一周期變水期與干旱期的交替，使地下水位呈同一周期變化?；Ｖ卮蟮拈L期性地下水供排水設施，應當考慮多年的重大的長期性地下水供排水設施，應當考慮多年的地下水位與水量的變化：地下水位與水量的變化： 供水工程供水工程應根據(jù)多年資料分析地下水位最低時水應根據(jù)多年資料分析地下水位最低時水量能否滿足要求；量能否滿足要求； 排水工程排水工程要考慮多年最高地下水位時的排水能力要考慮多年最高地下水位時的排水能力。 缺乏地下水多年觀測資料時，可利用多年的氣象缺乏地下水多年觀測資料時，可利用多年的氣象、水文資料，或根據(jù)樹木年輪、歷史資料與考古、水文資料，或根據(jù)樹木

15、年輪、歷史資料與考古資料，推測地下水多年動態(tài)。資料，推測地下水多年動態(tài)。 2.2.水文因素水文因素 地表水體補給地下地表水體補給地下水引起地下水位抬升時水引起地下水位抬升時，隨著遠離河流，水位隨著遠離河流，水位變幅減小，變幅減小，發(fā)生變化的發(fā)生變化的時間滯后時間滯后。 河水對地下水動態(tài)河水對地下水動態(tài)的影響一般為的影響一般為數(shù)百米至數(shù)百米至數(shù)公里數(shù)公里, ,此范圍以外此范圍以外, ,主主要受氣候影響。要受氣候影響。 地質因素對地下水動態(tài)影響的主要體現(xiàn)地質因素對地下水動態(tài)影響的主要體現(xiàn)： 補、排與徑流條件的變化補、排與徑流條件的變化反映對地下水文反映對地下水文要素的變幅和滯后時間等特征的影響。要

16、素的變幅和滯后時間等特征的影響。 地質構造地質構造決定地下水、大氣水、地表水的決定地下水、大氣水、地表水的不同聯(lián)系，反映出受氣候、水文因素的影響程度不不同聯(lián)系，反映出受氣候、水文因素的影響程度不同，因而出現(xiàn)不同的動態(tài)特征。同，因而出現(xiàn)不同的動態(tài)特征。3.3.地質因素地質因素 地質因素地質因素是是影響輸入信息變換的因素影響輸入信息變換的因素。 當降水補給地下水時當降水補給地下水時, ,包氣帶厚度與巖性控制著包氣帶厚度與巖性控制著地下水位對降水的響應地下水位對降水的響應。 潛水潛水 埋深愈大，對降水脈沖的濾波作用愈強；相對埋深愈大，對降水脈沖的濾波作用愈強；相對于降水，地下水位抬高的時間滯后與延遲

17、愈長；水位歷于降水，地下水位抬高的時間滯后與延遲愈長；水位歷時曲線呈現(xiàn)為較寬緩的波。時曲線呈現(xiàn)為較寬緩的波。包氣帶巖性的滲透性愈好，則濾波作用愈弱；地下水位包氣帶巖性的滲透性愈好，則濾波作用愈弱；地下水位抬升的時間滯后與延遲??；水波歷時曲線波形較陡。抬升的時間滯后與延遲?。凰v時曲線波形較陡。潛水儲存量的變化潛水儲存量的變化是以給水度與水位變幅是以給水度與水位變幅h h的乘積表的乘積表示的，即：示的，即： 當儲存量變化相同時，給水度愈小，水位變幅愈大。當儲存量變化相同時，給水度愈小，水位變幅愈大。河水引起潛水位變動時，含水層的透水性愈好，厚度愈河水引起潛水位變動時，含水層的透水性愈好，厚度愈

18、大，含水層的給水度愈小，則波及范圍愈遠。大，含水層的給水度愈小，則波及范圍愈遠。 hQ儲承壓水承壓水 動態(tài)變化比潛水?。簞討B(tài)變化比潛水?。?a.a.降水補給時，補給區(qū)的潛水位變化較明顯，隨降水補給時，補給區(qū)的潛水位變化較明顯，隨著遠離補給區(qū)，變化漸弱，以至于消失；著遠離補給區(qū)，變化漸弱，以至于消失； b.b.從補給區(qū)向承壓區(qū)傳遞降水補給影響時，含水從補給區(qū)向承壓區(qū)傳遞降水補給影響時，含水層的滲透性愈好，厚度愈大，給水度愈小，則波及層的滲透性愈好，厚度愈大，給水度愈小，則波及的范圍愈大；的范圍愈大； c.c.承壓含水層埋藏愈深，構造封閉性愈好，與外界承壓含水層埋藏愈深，構造封閉性愈好，與外界的水

19、力聯(lián)系愈弱，則引起的動態(tài)變化愈微弱；的水力聯(lián)系愈弱，則引起的動態(tài)變化愈微弱； d.d.承壓含水層的水位變動可以由于固體潮、地震承壓含水層的水位變動可以由于固體潮、地震等引起，這時地質因素成為環(huán)境對地下水的輸入。等引起，這時地質因素成為環(huán)境對地下水的輸入。 三、地下水天然動態(tài)類型三、地下水天然動態(tài)類型 潛水潛水（松散沉積物淺部水）的天然（松散沉積物淺部水）的天然動態(tài)類型動態(tài)類型: : 蒸發(fā)型蒸發(fā)型 徑流型徑流型 弱徑流型弱徑流型 蒸發(fā)型動態(tài)蒸發(fā)型動態(tài)分布區(qū)：分布區(qū)：干旱半干旱地區(qū)地形切割微弱平原或盆地干旱半干旱地區(qū)地形切割微弱平原或盆地。動態(tài)特征：動態(tài)特征： 地下水徑流微弱，以蒸發(fā)排泄為主地下水

20、徑流微弱，以蒸發(fā)排泄為主。 年水位變幅小年水位變幅小，各處變幅相差不大；，各處變幅相差不大； 水質季節(jié)變化明顯水質季節(jié)變化明顯，地下水不斷，地下水不斷向鹽化方向發(fā)展向鹽化方向發(fā)展，并使土壤鹽漬化。并使土壤鹽漬化。滲入蒸發(fā)型的平原潛水徑流型動態(tài)徑流型動態(tài)分布區(qū)：山區(qū)及山前。分布區(qū)：山區(qū)及山前。動態(tài)特征：動態(tài)特征： 地形高差大，水位埋藏深，以徑流排泄為主地形高差大，水位埋藏深，以徑流排泄為主。 年水位變幅大而不均；年水位變幅大而不均； 水質季節(jié)變化不明顯，長期則不斷趨于淡化。水質季節(jié)變化不明顯，長期則不斷趨于淡化。 弱徑流型弱徑流型分布：氣候濕潤的平原與盆地。分布：氣候濕潤的平原與盆地。動態(tài)特征：

21、動態(tài)特征： 地形切割微弱，潛水埋藏深度小，但氣候濕潤地形切割微弱，潛水埋藏深度小，但氣候濕潤，蒸發(fā)排泄有限，蒸發(fā)排泄有限，以徑流排泄為主，但徑流微弱以徑流排泄為主，但徑流微弱。 年水位變幅小，各處變幅接近，年水位變幅小，各處變幅接近， 水質季節(jié)變化不明顯，長期向淡化方向發(fā)展。水質季節(jié)變化不明顯，長期向淡化方向發(fā)展。承壓水天然動態(tài)類型承壓水天然動態(tài)類型承壓水承壓水均屬于徑流型均屬于徑流型動態(tài)變化：動態(tài)變化： 取決于取決于構造封閉條件構造封閉條件，構造開啟程度愈好，構造開啟程度愈好，水交替愈強烈，動態(tài)變化愈強烈，水質的淡水交替愈強烈，動態(tài)變化愈強烈，水質的淡化趨勢愈明顯。化趨勢愈明顯。 四、人類活

22、動影響下的地下水動態(tài)四、人類活動影響下的地下水動態(tài)人類活動人類活動增加增加新補給來源新補給來源或或新排泄去路新排泄去路而改變地下而改變地下水的天然動態(tài)。水的天然動態(tài)。例如：例如： 鉆孔采水、礦坑或渠道排除地下水后，人工采排鉆孔采水、礦坑或渠道排除地下水后，人工采排成為地下水新的排泄去路；成為地下水新的排泄去路； 含水層或含水系統(tǒng)原來的均衡遭到破壞：含水層或含水系統(tǒng)原來的均衡遭到破壞：天然排天然排泄量的一部分或全部轉為人工排泄量，天然排泄不泄量的一部分或全部轉為人工排泄量，天然排泄不再存在；天然排泄數(shù)量減少；可能增加新的補給量再存在；天然排泄數(shù)量減少；可能增加新的補給量。 若采排地下水一段時間后

23、，新增的補給量及減若采排地下水一段時間后，新增的補給量及減少的天然排泄量與人工排泄量相等，含水層水少的天然排泄量與人工排泄量相等，含水層水量收支達到新的平衡。量收支達到新的平衡。 動態(tài)曲線表現(xiàn)：動態(tài)曲線表現(xiàn)：地下水位在比原先低的位置上地下水位在比原先低的位置上，以比原先大的年變幅波動，而不持續(xù)下降。，以比原先大的年變幅波動，而不持續(xù)下降。 若若采排水量過大采排水量過大，天然排泄量的減量與補給量的，天然排泄量的減量與補給量的增量的總和，不足以償補人工排泄量時，將增量的總和，不足以償補人工排泄量時，將不斷消不斷消耗含水層儲存水量，導致地下水位持續(xù)下降耗含水層儲存水量，導致地下水位持續(xù)下降。修建水庫

24、、地表水灌溉等修建水庫、地表水灌溉等，增加了，增加了新的補給來源新的補給來源而而使地下使地下水位抬升水位抬升。如圖：河北冀縣新莊，如圖：河北冀縣新莊， 19741974年初潛水位埋深大于年初潛水位埋深大于 4m4m，由于灌溉，旱季水位反而上升，到由于灌溉，旱季水位反而上升，到19771977年雨年雨季，潛水位已接近地表了季，潛水位已接近地表了 。 干旱半干旱平原或盆地：干旱半干旱平原或盆地： 地下水天然動態(tài)多屬蒸發(fā)型，灌溉水入滲抬高地下水天然動態(tài)多屬蒸發(fā)型，灌溉水入滲抬高地下水位，蒸發(fā)加強，促使土壤鹽漬化。地下水位，蒸發(fā)加強，促使土壤鹽漬化。 有時，即使原來潛水埋深較大，屬徑流型動態(tài)有時，即使

25、原來潛水埋深較大，屬徑流型動態(tài)，但連年灌溉后，可轉為蒸發(fā)型動態(tài)，造成大面積，但連年灌溉后，可轉為蒸發(fā)型動態(tài)，造成大面積土壤次生鹽漬化。土壤次生鹽漬化。 均衡區(qū)與均衡期均衡區(qū)與均衡期 水均衡方程式水均衡方程式 人類活動影響下的地下水均衡人類活動影響下的地下水均衡 地面沉降與地下水均衡地面沉降與地下水均衡 大區(qū)域地下水均衡研究需要注意的問題大區(qū)域地下水均衡研究需要注意的問題9.3 地下水均衡地下水均衡一、均衡區(qū)與均衡期一、均衡區(qū)與均衡期地下水均衡地下水均衡以地下水為對象的均衡研究，以地下水為對象的均衡研究，實質就是實質就是應用質量守恒定律應用質量守恒定律去分析參與水循環(huán)去分析參與水循環(huán)的各要素的的

26、各要素的數(shù)量關系數(shù)量關系。地下水均衡研究的目的地下水均衡研究的目的闡明闡明某區(qū)在某一段某區(qū)在某一段時間內，地下水水量（鹽量、熱量時間內，地下水水量（鹽量、熱量) )收入與支收入與支出之間的數(shù)量關系出之間的數(shù)量關系。 地下水均衡要素地下水均衡要素 水均衡水均衡：指以地下水體地下水體為對象，某一地區(qū)在某一時間段內地下水量的收支均衡水量的收支均衡狀況狀況。 均衡要素均衡要素：均衡區(qū)、均衡期、收支項、調蓄項 均衡區(qū)均衡區(qū)：均衡計算所選定的地區(qū)。：均衡計算所選定的地區(qū)。均衡期均衡期：均衡計算的時間段（若干年、年、月）。：均衡計算的時間段（若干年、年、月）。正均衡正均衡：某一均衡區(qū)，在一定均衡期內，地下水

27、水量：某一均衡區(qū)，在一定均衡期內，地下水水量（或鹽量、熱量）的收入大于支出，表現(xiàn)為地下水（或鹽量、熱量）的收入大于支出，表現(xiàn)為地下水儲存量（或鹽儲量、熱儲量）增加。儲存量（或鹽儲量、熱儲量）增加。負均衡：負均衡：支出大于收入，地下水儲存量支出大于收入，地下水儲存量( (或鹽儲量、或鹽儲量、熱儲量熱儲量) )減少減少 地下水動態(tài)與均衡的關系地下水動態(tài)與均衡的關系： 均衡均衡是地下水是地下水動態(tài)變化的動態(tài)變化的內在原因內在原因，動態(tài)動態(tài)則則是地下水是地下水均衡的均衡的外部表現(xiàn)外部表現(xiàn)。 計算方法計算方法： 均衡研究必須分析均衡的收入項與支出項，均衡研究必須分析均衡的收入項與支出項，列出均衡方程式。

28、列出均衡方程式。 通過測定或估算列入均衡方程式的各項，以通過測定或估算列入均衡方程式的各項，以求算某些未知項。求算某些未知項。二、水均衡方程式二、水均衡方程式陸地上某一地區(qū)天然狀態(tài)下總的水均衡：陸地上某一地區(qū)天然狀態(tài)下總的水均衡： 收入項（收入項（A A）一般包括：一般包括： 降水量（降水量（X X）、）、地表水流入量（地表水流入量（Y Y1 1）、）、地下水流地下水流入量（入量（WW1 1）、）、水汽凝結量（水汽凝結量（Z Z1 1）。）。 支出項（支出項（B)B)一般為：一般為： 地表水流出量（地表水流出量（Y Y2 2）、）、地下水流出量（地下水流出量（WW2 2）、）、蒸蒸發(fā)量（發(fā)量（

29、Z Z2 2) )。 均衡期水的儲存量變化量均衡期水的儲存量變化量：1 1 地地下下水均衡方程式水均衡方程式： 收入項總量收入項總量 - - 支出量總量支出量總量 = = 調蓄項調蓄項變化量，即：變化量，即： （Q Q補補 QQ消消）t t= = F Fh h 物理意義：物理意義： 某均衡區(qū)，在一定均衡期內，總補給某均衡區(qū)，在一定均衡期內，總補給量與總消耗量之差等于儲存量的變化量量與總消耗量之差等于儲存量的變化量。三種狀態(tài)的均衡方程：三種狀態(tài)的均衡方程： a.a.天然條件下天然條件下的均衡方程的均衡方程： ( (QQ天補天補 QQ天消天消 ) )t t= = F Fh h b.b.開采條件下開

30、采條件下的均衡方程：的均衡方程： ( (QQ開補開補 QQ開消開消 ）t t= = F Fh h c.c.多年均衡期條件下多年均衡期條件下（地下水保持多年均衡，即（地下水保持多年均衡，即hh0 0）的均衡方程：的均衡方程： Q Q補補t t = = QQ消消t t 均衡期水儲存量的變化（水均衡方程式）：均衡期水儲存量的變化（水均衡方程式）：水儲存量變化水儲存量變化 中包括：中包括： 地表水變化量（）地表水變化量（） 包氣帶水變化量（）包氣帶水變化量（） 潛水變化量潛水變化量( ( h h） 承壓水變化量（承壓水變化量（ h h）BA潛水的收入項潛水的收入項(A)(A)： 降水入滲補給量（降水入

31、滲補給量（） 地表水入滲補給量地表水入滲補給量(Y(Y） 凝結水補給量凝結水補給量( (Z Zc c) ) 上游斷面潛水流入量上游斷面潛水流入量(W(W） 下伏承壓含水層越流補給潛下伏承壓含水層越流補給潛水水量（水水量（QQ）。）。潛水支出項潛水支出項(B): 潛水蒸發(fā)量潛水蒸發(fā)量(Zu,包括土面蒸包括土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)發(fā)、葉面蒸發(fā)) 以泉或泄流形式排泄量以泉或泄流形式排泄量(Qd) 下游斷面流出量下游斷面流出量(W）。）。潛水儲存量變化量：潛水儲存量變化量： hhBA)()(21udutucffWQZQWZYXhu潛水均衡方程式的一般形式潛水均衡方程式的一般形式： 一定條件下，一般形式的均衡

32、方程中某些均衡項可一定條件下，一般形式的均衡方程中某些均衡項可取消，方程可簡化為：取消，方程可簡化為： Xf + Yf - Zu =h多年均衡條件下多年均衡條件下， =0=0，得：，得：uffZYXh即即典型干旱半干旱平原潛水均衡方程式典型干旱半干旱平原潛水均衡方程式，表示滲，表示滲入補給潛水的水量全部消耗于蒸發(fā)。入補給潛水的水量全部消耗于蒸發(fā)。典型濕潤山區(qū)潛水均衡方程式典型濕潤山區(qū)潛水均衡方程式： 即入滲補給的水量全部以徑流形式排泄。即入滲補給的水量全部以徑流形式排泄。 dffQYX三、人類活動影響下的地下水均衡三、人類活動影響下的地下水均衡 研究意義：研究意義： 研究人類活動影響下的地下水

33、均衡，可以定研究人類活動影響下的地下水均衡，可以定量評價人類活動對地下水動態(tài)的影響，預測其水量評價人類活動對地下水動態(tài)的影響，預測其水量水質變化趨勢，并據(jù)此提出調控地下水動態(tài)，量水質變化趨勢，并據(jù)此提出調控地下水動態(tài)，使之朝向對人類有利的方向發(fā)展的措施。使之朝向對人類有利的方向發(fā)展的措施。 克雷洛夫克雷洛夫 對蘇聯(lián)中亞某灌區(qū)潛水均衡研究得出該對蘇聯(lián)中亞某灌區(qū)潛水均衡研究得出該區(qū)潛水均衡方程式為：區(qū)潛水均衡方程式為： 式中式中 f1、f2 灌渠水及田面灌水入滲補給潛水水量；灌渠水及田面灌水入滲補給潛水水量； Qt 下伏承壓含水層越流補給潛水的水量；下伏承壓含水層越流補給潛水的水量； Qr通過排水

34、溝排走的潛水水量；通過排水溝排走的潛水水量； 以一個水文年為均衡期，經觀測計算，求得均以一個水文年為均衡期，經觀測計算，求得均衡方程式各項數(shù)值衡方程式各項數(shù)值( (單位為單位為mmmm水柱水柱) )為：為：31.0 = 22.7+255.5+77.0+9.2 - 313.4 - 20.031.0 = 22.7+255.5+77.0+9.2 - 313.4 - 20.0rutfQZQffXhu21得出的結論：得出的結論： (1)(1)潛水表現(xiàn)為正均衡，一年中潛水位上升潛水表現(xiàn)為正均衡，一年中潛水位上升620mm620mm，增加潛水儲存量增加潛水儲存量31mm(u31mm(u0.05)0.05)。

35、潛水蒸發(fā)量將不斷潛水蒸發(fā)量將不斷增加，會增加，會產生土壤鹽漬化產生土壤鹽漬化。 (2)(2)破壞原有地下水均衡，導致潛水位抬升的主要因破壞原有地下水均衡，導致潛水位抬升的主要因素是灌溉水入滲，其中灌渠水入滲量占水量總收入的素是灌溉水入滲，其中灌渠水入滲量占水量總收入的7070，田面入滲水量占，田面入滲水量占2l 2l。 (3)(3)現(xiàn)有排水設施的現(xiàn)有排水設施的排水能力排水能力( (年排水量為年排水量為20mm)20mm)太太低，不能有效地防止?jié)撍惶?。低，不能有效地防止?jié)撍惶?(4)(4)防止土壤次生鹽漬化必須采取的措施：減少灌水防止土壤次生鹽漬化必須采取的措施：減少灌水入滲；加大排水

36、能力；或兩者兼施，以消除每年入滲；加大排水能力；或兩者兼施，以消除每年31mm31mm的潛水儲存量增加值。的潛水儲存量增加值。 四、地面沉降與地下水均衡四、地面沉降與地下水均衡 開采孔隙承壓含水系統(tǒng)時，停止開采可使水開采孔隙承壓含水系統(tǒng)時，停止開采可使水位恢復到采前高度上，含水層的儲存水量將位恢復到采前高度上，含水層的儲存水量將隨之恢復，但粘性土中的一部分儲存水永久隨之恢復，但粘性土中的一部分儲存水永久失去而不再恢復。由于粘性土壓密釋水量可失去而不再恢復。由于粘性土壓密釋水量可占開采水量的百分之幾十，因此，忽略粘性占開采水量的百分之幾十，因此，忽略粘性土永久性釋水就會造成相當大的誤差。土永久性

37、釋水就會造成相當大的誤差。 五、大區(qū)域地下水均衡研究需要注意的問題五、大區(qū)域地下水均衡研究需要注意的問題 從供水角度出發(fā)，從供水角度出發(fā)，可供長期開采利用的水量可供長期開采利用的水量，是是含水系統(tǒng)從外界獲得的多年平均補給量含水系統(tǒng)從外界獲得的多年平均補給量。 對于大的含水系統(tǒng)，除了統(tǒng)一求算補給量外，對于大的含水系統(tǒng)，除了統(tǒng)一求算補給量外，有時有時還需分別求算含水系統(tǒng)各部分的補給量。還需分別求算含水系統(tǒng)各部分的補給量。如圖：一個堆積平原含水系統(tǒng)，含水系統(tǒng)如圖：一個堆積平原含水系統(tǒng)，含水系統(tǒng)分為兩大分為兩大部分：部分： 潛水的山前沖洪積平原潛水的山前沖洪積平原 潛水及承壓水的沖積湖積平原潛水及承壓水的沖積湖積平原天然條件下，多年中水量達到均衡，地下水儲存天然條件下，多年中水量達到均衡，地下水儲存量的變化值為零。量的變化值為零。 各部分的水量均衡方程式：各部分的水量均衡方程式： 山前平原潛水：山前平原潛水： 21111WQZWYXduff沖積平原潛水：沖積平原潛水： 222utffZQYX 沖積平原承壓水：沖積平原承壓水：32WQWt 若簡單地將含水系統(tǒng)各部分均衡式中水若簡單地將含水系統(tǒng)各部分均衡式中水量收入項累加，則顯然比整個系統(tǒng)的水量收入項多量收入項累加，則顯然比整個系統(tǒng)的水