1、地下水水文學(xué)地下水水文學(xué)主講： 劉國東 教授電話mail:第9講第四章 地下水動態(tài)和均衡水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 4.1 天然狀態(tài)下的地下水動態(tài)u地下水動態(tài)的概念定義：指地下水的數(shù)量和質(zhì)量指地下水的數(shù)量和質(zhì)量( (包括地下水位、水包括地下水位、水量、水化學(xué)成分、礦化度和水溫等量、水化學(xué)成分、礦化度和水溫等) )隨時間的變化隨時間的變化過程過程起因：地下水在不同時間內(nèi)的補(bǔ)給與排泄不均衡所造成u影響地下水動態(tài)的天然因素氣候因素氣候因素氣候?qū)Φ叵滤畡討B(tài)的影響是起主導(dǎo)作用的因素。降水和蒸發(fā)直接影響地下水的補(bǔ)給和排泄，具季節(jié)性和多年變化規(guī)

2、律水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 我國地下水位過程線的類型東南地區(qū)：鋸齒狀多峰型(圖4-1A)中南地區(qū)：駝峰狀雙峰型(圖4-1B)華北地區(qū)：不對稱單峰型(圖4-1C)華北地區(qū)：雙峰型(圖4-1D)東北地區(qū)：舒緩狀單峰型(圖4-1E)水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 太陽黑子活動的周期變化引起地下水動態(tài)的多年周期變化。如圖32所示為地下水徑流模數(shù)q與太陽相對黑子數(shù)W變化的對比圖，可以明顯看出具有56年和11年的周期規(guī)律圖4-2 地下水徑流模數(shù)與太陽相對黑子數(shù)變化對比圖此外，氣溫除了影響降水形式和蒸發(fā)強(qiáng)度外，還直接影響淺層地下水水溫

3、。氣壓大小則主要對承壓含水層的測壓水位和泉水流量有一定的影響水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 水文因素水文因素水文因素對地下水動態(tài)的影響主要是在有水力聯(lián)系的地表水體周圍，其中以河流的影響較大，在河水滲漏補(bǔ)給地下水抬升地下水位時，其影響程度隨距離的增大而減弱，影響滯后時間則隨距離的增大而延長。而當(dāng)潛水排泄匯入河流時，潛水位的降幅以鄰近河岸處為最大，且隨距離河岸長度延長而減小。湖泊和海洋對地下水動態(tài)影響較小水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 地質(zhì)因素地質(zhì)因素火山、地震、滑坡的影響地質(zhì)構(gòu)造通過影響含水層與大氣的聯(lián)系程度影響地下水動態(tài)巖性顆

4、粒大小影響動態(tài)的變幅植被因素植被因素森林覆蓋不僅創(chuàng)造了水分積聚和改善降水滲入補(bǔ)給地下水的有利條件，而且也影響入滲補(bǔ)給期的長短，可增加地下水的補(bǔ)給量通過植物根系可以吸取大量地下水，消耗于葉面蒸騰，因而對淺埋藏的潛水動態(tài)產(chǎn)生了季節(jié)性的和多年的變化影響水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 4.2 地下水動態(tài)類型滲入滲入蒸發(fā)型動態(tài)蒸發(fā)型動態(tài)主要出現(xiàn)于干旱、半干旱的平原與山間盆地中。排泄以蒸發(fā)消耗為主，水平徑流微弱。降水及地表水入滲，引起水位抬升，水質(zhì)淡化，隨著水位抬高，蒸發(fā)增強(qiáng)，使水位逐漸下降，水質(zhì)逐步鹽化；水位降到一定深度，蒸發(fā)變?nèi)?，水位抬升，反過來又加大蒸發(fā)，如此反復(fù)，

5、水位便趨于穩(wěn)定。具有此類動態(tài)的潛水，屬于大陸鹽化潛水滲入滲入徑流型動態(tài)徑流型動態(tài)補(bǔ)給也來自降水或地表水的入滲，排泄則主要為水平的徑流排泄。隨著降水或地表水入滲，地下水位抬高，地下徑流加強(qiáng)，徑流排泄不斷進(jìn)行，使水位差減少，水位漸趨穩(wěn)定。由于鹽份隨徑流排走，從長期的角度看水質(zhì)趨向淡化，屬于溶濾潛水。此類動態(tài)廣泛分布于山區(qū)及山前水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 滲入滲入蒸發(fā)、徑流型動態(tài)蒸發(fā)、徑流型動態(tài)主要分布于濕潤氣候下的平原。由于地形切割弱，徑流弱，濕度大，蒸發(fā)受限制，故排泄兼具徑流及蒸發(fā)兩者。但由于降水充沛，長期中水質(zhì)趨于淡化上述主要動態(tài)類型還可以進(jìn)一步細(xì)分。例如

6、，根據(jù)入滲條件可分為大氣亞型、水文亞型，而大氣亞型又可細(xì)分為雨水水型及融雪水型等水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 4.3 地下水均衡u地下水均衡的概念定義：地下水均衡是以地下水為對象，某個地區(qū)在某一段時間內(nèi)，地下水水量(鹽量)收入與支出之間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行均衡計算所選定的地區(qū)稱作均衡區(qū)，它最好是一個水文地質(zhì)單元，有明確的邊界。進(jìn)行均衡計算的時間段，稱作均衡期，可以是若干年，一年，也可以是一個月。某一均衡區(qū)，在一定均衡期內(nèi)，地下水水量(或鹽量)的收入大于支出，表現(xiàn)為地下水儲量(或鹽量)增加，稱作正均衡；反之，支出大于收入，地下水儲量(或鹽量)減少，稱作負(fù)均衡。地下水

7、收入項和支出項可參見表3-1。水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 4.3 地下水均衡u地下水均衡方程式水均衡方程一般式：收入項總量-支出項總量=蓄水量變化量通常以水層厚度表示，單位：mm天然條件下，對于均衡區(qū)面積F，均衡期t，潛水一般均衡方程為f1、f2側(cè)向地下徑流流入、流出均衡區(qū)的垂向邊界面積 潛水變幅帶土壤的平均給水度或飽和差值；h 均衡期始末變幅，潛水位上升取正值，下降取負(fù)值；其余符號見表3-1。如無越流，且可忽略側(cè)向地下徑流時，上式變?yōu)閔tFfGZREtFfGZRPr)()(22221111htREtRPr)()(21水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大

8、學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 4.3 地下水均衡對于多年(n年)均衡期T， h=0，上式又變?yōu)閷τ谟腥斯ら_采的情況下，需計入開采量V2，即為對于多年開采，應(yīng)保持地下水多年均衡，式中h應(yīng)取零，則有或niinirtREtRPiii1211)()(htVREtRPr)()(221niniinirtVtREtRPiiii121211)()(niniirtVtRERPiiii12121)(水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 4.4 人為活動對地下水動態(tài)和均衡的影響u人類活動墾殖耕耘，平整土地，開渠引水，實施灌溉；修路挖溝，筑壩蓄水；鑿井抽水，礦坑疏干等u影響方式通過改變表層土

9、壤水理性質(zhì)產(chǎn)生的影響通過改變外界補(bǔ)排環(huán)境產(chǎn)生的影響直接改變地下水位產(chǎn)生的影響水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 地下水動態(tài)的研究方法u地下水動態(tài)觀（監(jiān)）測地下水動態(tài)觀測地下水動態(tài)觀測 observation of ground water regimen 是對地下水動態(tài)的定時測試和記錄。是對地下水動態(tài)的定時測試和記錄。其目的是查明地下水的形成條件、地下水的動態(tài)特點及求取水文地質(zhì)參數(shù)，為生產(chǎn)設(shè)計與地下水資源計算、管理和研究提供依據(jù)。地下水動態(tài)觀測有長期和短期兩種。地下水動態(tài)觀測網(wǎng)設(shè)置的范圍、觀測的項目與時間，根據(jù)工程的任務(wù)和規(guī)模并結(jié)合實際水文地質(zhì)條件綜合考慮確定。

10、水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 u地下水動態(tài)觀（監(jiān)）測地下水動態(tài)長期觀測長期觀測，一般分區(qū)域點網(wǎng)與專用點網(wǎng)兩種，觀測點網(wǎng)均設(shè)置在有代表性的水文地質(zhì)單元內(nèi)。地下水動態(tài)短期觀測短期觀測，常與某一具體生產(chǎn)任務(wù)有關(guān)，觀測有很強(qiáng)的針對性，觀測持續(xù)時間一般不少于一個水文年。 水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 地下水動態(tài)觀測網(wǎng)地下水動態(tài)觀測網(wǎng) 由觀測點和觀測線組成，觀測點常設(shè)置在地下水天然露頭(泉)或人工露頭（水井、鉆孔）處。觀測點的選擇及密度的確定，要考慮地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的變化程度、影響因素和工作需要等情況。觀測線須垂直或平行地下水流向、

11、經(jīng)常按水文地質(zhì)條件變化大的方向布置，控制地下水的主要補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)。為地下水資源計算設(shè)置動態(tài)觀測點網(wǎng)須控制水文地質(zhì)單元邊界，在工程勘測區(qū)一般均需要布置穿越該區(qū)的地下水動態(tài)觀測線。 水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 專設(shè)的地下水動態(tài)觀測孔施工方法可參見水文地質(zhì)鉆探。也可考慮在一個井孔中經(jīng)過分層止水后，同時設(shè)置潛水觀測與承壓水觀測或承壓水的分層觀測。地下水動態(tài)各要素觀測的次數(shù)和具體時間可依實際情況，按各自變化特點確定。 水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 觀測內(nèi)容觀測內(nèi)容 運(yùn)用水均衡原理進(jìn)行地下水資源計算與供水水源地評價時，要進(jìn)行地下水

12、資源的補(bǔ)給量、儲存量和排泄量的計算。這時地下水動態(tài)觀測必須與眾多的水均衡要素（如降水入滲量、河流滲漏量、天然蒸發(fā)量等）觀測同時進(jìn)行。為防止地面沉降進(jìn)行地下水動態(tài)觀測時，需要同時觀測大地變形、土層骨架有效應(yīng)力、地下水開采量及人工補(bǔ)給量等。為配合邊坡穩(wěn)定性研究，需要同時觀測動水壓力。為論證凍土工程地質(zhì)條件，又需觀測地溫等。水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 觀測設(shè)備觀測設(shè)備 地下水水位觀測可采用測盅（或水笛），儀表式、燈顯式水位計，電傳水位計，自記水位儀，無線電遙測水位儀、水深儀等等；地下水流量常用孔口流量計、量水堰、流速儀等；地下水水溫觀測采用水銀溫度計、半導(dǎo)體測溫

13、儀等；地下水化學(xué)成分、氣體成分、有機(jī)質(zhì)污染物、微量元素的觀測，需要設(shè)置專門水質(zhì)實驗室（或檢測中心）、監(jiān)測車,配備氣相-色譜、原子吸收光譜、質(zhì)譜及離子選擇性電極分析等儀器和常規(guī)水分析儀器，對不同時期野外定點采取的水樣進(jìn)行分析，研究水質(zhì)的動態(tài)變化。在可能情況下應(yīng)考慮多設(shè)置配備自記儀器的動態(tài)觀測井孔，對水位、流量、導(dǎo)電率、水溫等進(jìn)行連續(xù)記錄，工作需要時采樣可以不受限制。 水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 資料整理資料整理 地下水動態(tài)觀測資料應(yīng)按月、年依次編制成各種報表，繪制年、多年動態(tài)曲線，編制干、濕季（豐、枯水期）或某一特定時刻的等水位線（或等水壓線）圖及地下水埋藏

14、深度圖，年變化幅度圖、地下水動態(tài)要素特征值分布圖等多種圖件，并編制地下水水情簡報、水質(zhì)監(jiān)測及評價簡報等。觀測規(guī)范觀測規(guī)范 城市地下水動態(tài)觀測規(guī)程(CJJ/T76-98)、中華人民共和國煤炭工業(yè)部地下水動態(tài)長期觀測技術(shù)規(guī)范 （MTT 6331996 ）、地下水監(jiān)測規(guī)范 (SL 183-2005) 、地震地下水動態(tài)觀測規(guī)范 水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 u地下水動態(tài)預(yù)測地下水動態(tài)預(yù)測確定性方法數(shù)學(xué)模型數(shù)值模型不確定性方法隨機(jī)理論相關(guān)分析（多因素分析，時間序列分析）灰色系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)小波分析第9講結(jié)束水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 圖4-1 我國不同地區(qū)的地下水位過程線圖A 東南地區(qū)：鋸齒狀多峰型水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水四川大學(xué)水電學(xué)院四川大學(xué)水電學(xué)院 圖4-1 我國不同地區(qū)的地下水位過程線圖B 中南地區(qū)：駝峰狀雙峰型水文地質(zhì)與地下水水文地質(zhì)與地下水