1、第七章 地下水資源與地下水系統(tǒng) 1 地下水資源特點(diǎn) 2 地下水資源分類 3 地下水系統(tǒng)地下水資源與地下水系統(tǒng)第1頁思索：地下水與地表水共性？地下水與地表水差異性？地下水資源與地下水系統(tǒng)第2頁地下水與地表水共性: 地球上水資源組成部分均含有流動(dòng)性和隨時(shí)間改變性，均是可更新和可再生資源，均由大氣降水轉(zhuǎn)化而來；依據(jù)自然界水循環(huán)特征分析，地表水與地下水之間相互轉(zhuǎn)化，聯(lián)絡(luò)親密，資源量存在很大重復(fù)性。地下水資源與地下水系統(tǒng)第3頁地下水與地表水差異性: 1. 地表水分布于地勢(shì)低洼處，組成當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面，而地下水分布廣泛；2. 地表水分布受控于地形條件，而地下水分布則主要受地層、巖性和結(jié)構(gòu)控制；地表水流域范圍

2、受地形分水嶺控制，而地下水系統(tǒng)范圍則不受地表水流域影響，有時(shí)可大于地表水流域，有時(shí)可小于地表水流域；地下水資源與地下水系統(tǒng)第4頁3. 地表水在重力作用下從上游向下游流動(dòng)，而地下水得到運(yùn)動(dòng)不但受重力作用，也可同時(shí)受靜水壓力作用，局部地下水運(yùn)動(dòng)方向可與地形坡向相反；4. 地表水資源量主要決定于地表水流域范圍和降水強(qiáng)度，地下水資源量還與地表水入滲條件、巖層空隙和含水層分布等原因相關(guān)；5. 地表水易遭受污染，水質(zhì)動(dòng)態(tài)改變大，而降水、地表水向下滲透能夠?yàn)V去雜質(zhì)等有害物質(zhì)而到達(dá)自然凈化，因而地下水動(dòng)態(tài)改變相對(duì)遲緩和穩(wěn)定；地下水資源與地下水系統(tǒng)第5頁地下水有較大儲(chǔ)量和調(diào)蓄能力，這是地下水資源和地表水資源主要

3、不一樣點(diǎn)。全球地表水平均更新期16天，對(duì)降水反應(yīng)快速，儲(chǔ)量小，全球2.11012m3，地表水調(diào)蓄能力很差。地下水資源：地球上600米深度內(nèi)淡水儲(chǔ)量105301012m3，為河網(wǎng)儲(chǔ)量5000倍，平均更新期長達(dá)14，因而地下水資源對(duì)降水反應(yīng)遠(yuǎn)不如地表水敏感。地下水資源與地下水系統(tǒng)第6頁7.地表水與地下水發(fā)育均含有系統(tǒng)性，但表現(xiàn)形式不一樣。 地表水系統(tǒng)性表現(xiàn)為在一定流域范圍內(nèi)，由主河道與一系列支流組成河網(wǎng)系統(tǒng)。地下水賦存于巖石空隙之中，其系統(tǒng)性表現(xiàn)為：巖石中空隙都必定在巖體一定范圍內(nèi)和一定程度上相互連通，巖體內(nèi)相互連通空隙及其中含有水力聯(lián)絡(luò)水便組成一個(gè)系統(tǒng)（含水系統(tǒng)）。地下水資源與地下水系統(tǒng)第7頁

4、1 地下水資源特點(diǎn)一、地下水資源概念 地下水資源有使用價(jià)值各種地下水量總稱，它屬于整個(gè)地球水資源一部分。 地下水使用價(jià)值包含水質(zhì)和水量兩個(gè)方面。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第8頁二、地下水資源特點(diǎn) 系統(tǒng)性 流動(dòng)性 可恢復(fù)性 可調(diào)整性地下水資源與地下水系統(tǒng)第9頁二、地下水資源特點(diǎn)1、系統(tǒng)性是指由一定地質(zhì)結(jié)構(gòu)組織而成、含有親密水力聯(lián)絡(luò)統(tǒng)一整體。 如：水井、水源地、含水層、含水巖組、含水系統(tǒng)地下水資源與地下水系統(tǒng)第10頁一、地下水資源特點(diǎn)2、流動(dòng)性 地下水是流體，是動(dòng)態(tài)資源，在補(bǔ)給、徑流、排泄過程中，不停循環(huán)流動(dòng)。地下水資源數(shù)量和質(zhì)量隨外界條件改變而改變。 可用地下水流量表示地下水?dāng)?shù)量。地下水資源與地下

5、水系統(tǒng)第11頁一、地下水資源特點(diǎn) 3、可恢復(fù)性 地下水資源可恢復(fù)性(可再生性)是地下水資源可連續(xù)利用確保。地下水一直處于流動(dòng)狀態(tài)，在不停接收外界水量和溶質(zhì)補(bǔ)充同時(shí)，也將系統(tǒng)內(nèi)部水量連同水中所含物質(zhì)排泄出去。在天然條件下，補(bǔ)排水量多年間大致平衡，水量和水質(zhì)保持相對(duì)穩(wěn)定。地下水資源與地下水系統(tǒng)第12頁一、地下水資源特點(diǎn) 4、可調(diào)整性 可調(diào)整性主要針對(duì)水量，指地下水在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作用下，使不連續(xù)降水和水量輸入變?yōu)橄鄬?duì)連續(xù)、均勻輸出這種自然特征。普通來說，地表水系統(tǒng)水量調(diào)整能力較差，水量、水位動(dòng)態(tài)改變與降水過程極為親密，滯后、延遲效應(yīng)均不顯著，取得降水補(bǔ)給量能夠快速地排出。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第13頁

6、一、地下水資源特點(diǎn)4、可調(diào)整性 與地表水相比，地下水更含有調(diào)整性。集中降水補(bǔ)給可積蓄在季節(jié)變動(dòng)帶中，然后遲緩釋放，遲緩徑流旅程效應(yīng)可平抑各處來水波動(dòng)，發(fā)揮削峰填谷作用。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第14頁 1 地下水資源特點(diǎn)1、系統(tǒng)性2、流動(dòng)性3、可恢復(fù)性4、可調(diào)整性 地下水資源與地下水系統(tǒng)第15頁 2 地下水資源分類 一、地下水儲(chǔ)量分類 20世紀(jì)70年代前，采取HA普洛特尼科夫地下水儲(chǔ)量分類：天然儲(chǔ)量+開采儲(chǔ)量動(dòng)儲(chǔ)量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)含水層（帶）橫斷面地下水體積，即地下水天然徑流量；靜儲(chǔ)量：地下水位年變動(dòng)帶以下含水層（帶）中儲(chǔ)存重力水體積；調(diào)整儲(chǔ)量：地下水位年變動(dòng)帶內(nèi)重力水體積；開采儲(chǔ)量：用技術(shù)經(jīng)

7、濟(jì)合理取水工程，能從含水層中取出水量，并要求開采期內(nèi)不發(fā)生水量降低、水質(zhì)惡化等不良后果。地下水資源與地下水系統(tǒng)第16頁二、我國地下水資源分類方案 國家計(jì)劃委員會(huì)1989年頒布國家標(biāo)準(zhǔn)(GBJ27-88)，建設(shè)部頒布供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50027-)中仍執(zhí)行該方案。 地下水資源劃分為補(bǔ)給量、儲(chǔ)存量和允許開采量三類： 地下水資源與地下水系統(tǒng)第17頁（一）補(bǔ)給量指天然狀態(tài)或開采條件下，單位時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過各種路徑進(jìn)入含水層（或含水系統(tǒng)）水量。普通包含地下水徑流補(bǔ)給量、大氣降水入滲補(bǔ)給量、地表水入滲補(bǔ)給量、越流補(bǔ)給量和人工補(bǔ)給量等。 實(shí)際計(jì)算時(shí)，按天然狀態(tài)和開采條件下兩種情況進(jìn)行。地下水資源與地下水

8、系統(tǒng)第18頁（一）補(bǔ)給量 首先計(jì)算現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下地下水補(bǔ)給量，然后再計(jì)算擴(kuò)大開采后可能增加補(bǔ)給量。 后者稱為補(bǔ)給增量（或稱誘發(fā)補(bǔ)給量、激發(fā)補(bǔ)給量、開采襲奪量、開采補(bǔ)充量等）。地下水資源與地下水系統(tǒng)第19頁1. 降水入滲補(bǔ)給增量：因?yàn)殚_采地下水形成降落漏斗，除漏斗疏干體積增加部分降水滲透外，還使漏斗范圍內(nèi)原來不能接收降水滲透補(bǔ)給地域（比如沼澤、濕地等），騰出能夠接收補(bǔ)給儲(chǔ)水空間，因而增加了降水滲透補(bǔ)給量。因?yàn)榈叵滤炙畮X向外擴(kuò)展，增加了降水滲透補(bǔ)給面積，使原來屬于相鄰均衡水區(qū)或水文地質(zhì)單元）一部分降水滲透補(bǔ)給量，變?yōu)楸韭┒穮^(qū)補(bǔ)給量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第20頁2. 地表水補(bǔ)給增量：當(dāng)取水工程靠近地

9、表水時(shí)，因?yàn)殚_采地下水，使水位下降漏斗擴(kuò)展到地表水體，可使原來補(bǔ)給地下水地表水補(bǔ)給量增大，或使原來不補(bǔ)給地下水，甚至排泄地下水地表水體變?yōu)檠a(bǔ)給地下水。地下水資源與地下水系統(tǒng)第21頁3. 相鄰含水層越流補(bǔ)給增量：因?yàn)殚_采含水層水位降低，與相鄰含水層水位差增大，可使越流量增加，或使相鄰含水層原來從開采含水層取得越流補(bǔ)給，變?yōu)檠a(bǔ)給開采層。地下水資源與地下水系統(tǒng)第22頁4. 相鄰地段含水層增加側(cè)向流入補(bǔ)給量：因?yàn)榻德渎┒窋U(kuò)展，可奪取屬于另一均衡地段（或含水系統(tǒng)）地下水側(cè)向流入補(bǔ)給量。一些側(cè)向排泄量因漏斗水位降低，而轉(zhuǎn)為補(bǔ)給增量。5. 各種人工增加補(bǔ)給量：開采地下水后各種人工用水回滲量增加而多取得補(bǔ)給量

10、。地下水資源與地下水系統(tǒng)第23頁注意事項(xiàng)：注意1：補(bǔ)給增量不但與水源地所處自然環(huán)境相關(guān)。還與采水構(gòu)筑物種類、結(jié)構(gòu)和布局（開采方案和開采強(qiáng)度）相關(guān)。當(dāng)自然條件有利、開采方案合理、開采強(qiáng)度較大時(shí)，奪取補(bǔ)給增量能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出天然補(bǔ)給量。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第24頁注意2：開采時(shí)補(bǔ)給增量不是無限制。在計(jì)算補(bǔ)給增量時(shí)，應(yīng)全方面考慮合理襲奪，而不能盲目無限制地?cái)U(kuò)大補(bǔ)給增量。從“三水”轉(zhuǎn)化總水資源觀點(diǎn)考慮。地下水資源與地下水系統(tǒng)第25頁注意3：計(jì)算補(bǔ)給量時(shí)，應(yīng)以天然補(bǔ)給量為主，同時(shí)考慮合理補(bǔ)給增量。地下水補(bǔ)給量是使地下水運(yùn)動(dòng)、排泄、水交替主導(dǎo)原因，它維持著水源地連續(xù)長久開采。計(jì)算補(bǔ)給量是地下水資源評(píng)價(jià)關(guān)鍵

11、內(nèi)容。地下水資源與地下水系統(tǒng)第26頁二、我國地下水資源分類方案 （二）儲(chǔ)存量 指儲(chǔ)存在單元含水層中重力水體積。又指地下水在補(bǔ)給與排泄過程中，某一時(shí)間段內(nèi)在含水層（或含水系統(tǒng)）中儲(chǔ)存重力水體積。地下水資源與地下水系統(tǒng)第27頁 （二）儲(chǔ)存量 在潛水含水層中，儲(chǔ)存量改變主要反應(yīng)為水體積改變，稱為體（容）積儲(chǔ)存量，可用下式計(jì)算： W = F h 式中：W地下水儲(chǔ)存量(m3)； 含水層給水度； F潛水含水層面積(m2)； h潛水含水層厚度(m) 。地下水資源與地下水系統(tǒng)第28頁（二）儲(chǔ)存量 在承壓含水層中，承壓含水層除了容積儲(chǔ)存量外，還有彈性儲(chǔ)存量（承壓含水層壓力水頭改變主要反應(yīng)彈性水釋放，稱為彈性儲(chǔ)存

12、量）。W彈*F h 式中：W彈承壓水彈性儲(chǔ)存量(m3)； *貯水(或釋水)系數(shù)； F 承壓含水層面積(m2)； h 承壓含水層自頂板算起壓力水頭高度(m)。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第29頁（二）儲(chǔ)存量地下水資源與地下水系統(tǒng)第30頁（二）儲(chǔ)存量 注意1： 儲(chǔ)存量在地下水運(yùn)動(dòng)交替和開采中起調(diào)整作用。天然條件下，儲(chǔ)存量呈周期性改變，有年周期或多年周期。開采條件下，假如開采量小于補(bǔ)給量，儲(chǔ)存量仍呈周期性改變；開采量超出補(bǔ)給量時(shí)，由儲(chǔ)存量來賠償超出開采量，使儲(chǔ)存量出現(xiàn)逐年降低趨勢(shì)性改變。地下水資源與地下水系統(tǒng)第31頁（二）儲(chǔ)存量注意2：一定時(shí)限內(nèi)最小儲(chǔ)存量稱為永久儲(chǔ)存量或靜儲(chǔ)量,是在一定周期內(nèi)不變儲(chǔ)存量

13、。最大與最小儲(chǔ)存量之差稱為暫時(shí)儲(chǔ)存量(調(diào)整儲(chǔ)量)。地下水徑流微弱地域，暫時(shí)儲(chǔ)存量數(shù)量幾乎靠近補(bǔ)給量，可將它作為允許開采量。普通情況下，計(jì)算允許開采量時(shí)不能考慮永久儲(chǔ)存量。假如動(dòng)用了它，就會(huì)出現(xiàn)區(qū)域地下水位逐年連續(xù)下降趨勢(shì)，造成地下水源枯竭。地下水資源與地下水系統(tǒng)第32頁（二）儲(chǔ)存量注意3： 假如永久儲(chǔ)存量很大（如含水層厚度大、分布又廣大型貯水結(jié)構(gòu)），每年適當(dāng)動(dòng)用一部分永久儲(chǔ)存量，使其在1或50年內(nèi)總水位降深不超出取水設(shè)備最大允許降深也是能夠。 比如，美國得克薩斯州高平原地下水源地，主要是消耗靜儲(chǔ)量來維持開采，據(jù)計(jì)算，可連續(xù)開采4050年。地下水資源與地下水系統(tǒng)第33頁 衡水市第四系孔隙含水層組

14、水文地質(zhì)剖面示意圖地下水資源與地下水系統(tǒng)第34頁衡水地域第四系地下水流系統(tǒng)框架地下水資源與地下水系統(tǒng)第35頁衡水市淺層地下水動(dòng)力環(huán)境演化地下水資源與地下水系統(tǒng)第36頁衡水市淺層地下水動(dòng)力環(huán)境演化 1980年后不均勻開采改變局部地下水徑流方向 水位呈整體下降趨勢(shì)，1975-全區(qū)平均累 計(jì)下降6.38m地下水資源與地下水系統(tǒng)第37頁衡水市深層地下水動(dòng)力環(huán)境演化 冀棗衡漏斗底部越來越開闊、平展，呈整體 向縱深發(fā)展 全區(qū)水位呈整體下降趨勢(shì)，1970-均下 降1.28m。地下水資源與地下水系統(tǒng)第38頁第四系各含水組地下水位動(dòng)態(tài)曲線對(duì)比地下水資源與地下水系統(tǒng)第39頁（三）允許開采量 可開采量，指經(jīng)過技術(shù)經(jīng)

15、濟(jì)合理取水構(gòu)筑物，在整個(gè)開采期內(nèi)出水量不會(huì)降低，動(dòng)水位不超出設(shè)計(jì)要求，水質(zhì)和水溫改變?cè)谠试S范圍內(nèi)，不影響已建水源地正常開采，不發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象等前題下，單位時(shí)間內(nèi)從含水系統(tǒng)或取水地段中能夠取出水量。 經(jīng)過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行辦法，在不引發(fā)生態(tài)環(huán)境惡化條件下允許從含水層中獲取最大水量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第40頁（四）允許開采量組成1. 允許開采量與開采量關(guān)系開采量是指當(dāng)前正在開采水量或預(yù)計(jì)開采量，它只反應(yīng)了取水工程產(chǎn)水能力。開采量不應(yīng)大于允許開采量；不然，會(huì)引發(fā)不良后果。允許開采量取決于地下水補(bǔ)給量和儲(chǔ)存量大小，同時(shí)還受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件限制。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第41頁2. 開采量組成地

16、下水在開采以前，因?yàn)樘烊谎a(bǔ)給、排泄，補(bǔ)給與消耗總是不平衡發(fā)展著，形成了一個(gè)不穩(wěn)定天然流場(chǎng)。 從一個(gè)周期時(shí)間來看，這段時(shí)間總補(bǔ)給量和總消耗量是靠近相等，即Q補(bǔ)Q排。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第42頁在人工開采地下水時(shí)，增加了一個(gè)經(jīng)常定量地下水排泄點(diǎn)，改變了地下水天然排泄條件（在天然流場(chǎng)上又疊加了一個(gè)人工流場(chǎng)），這既破壞了補(bǔ)給、消耗之間天然動(dòng)平衡，又力圖建立新、開采狀態(tài)下動(dòng)平衡。 在開采最初階段，因?yàn)樵黾恿艘粋€(gè)人工開采量，必須降低地下水儲(chǔ)存量，使開采地段水位下降形成一個(gè)降落漏斗。隨漏斗擴(kuò)大，流場(chǎng)發(fā)生了改變，使天然排泄量降低，促使補(bǔ)給量增加，即為補(bǔ)給增量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第43頁 在開采狀態(tài)下，

17、能夠用下面水均衡方程表示：式中：Q補(bǔ)開采前天然補(bǔ)給量（m3d）； Q補(bǔ)開采時(shí)補(bǔ)給增量（m3d）； Q排開采前天然排泄量（m3d）； Q排開采時(shí)天然排泄量降低值（m3d）； Q開人工開采量（m3d）； 含水層給水度； F開采時(shí)引發(fā)水位下降面積（m2）； t開采時(shí)間（d）； h在t時(shí)間段內(nèi)開采影響范圍內(nèi)平均水位降（m）地下水資源與地下水系統(tǒng)第44頁因?yàn)樘烊谎a(bǔ)給量與天然排泄量近似相等，即Q補(bǔ)Q排。 Q開 Q補(bǔ) +Q排 + Fh/t 這個(gè)方程表明，開采量由三部分組成： 1）增加補(bǔ)給量（Q補(bǔ)），可稱為開采奪取量； 2）降低天然排泄量（Q排），可稱為開采截取量； 3）可動(dòng)用儲(chǔ)存量（Fh/t）。地下水資源與

18、地下水系統(tǒng)第45頁（1）增加補(bǔ)給量：開采時(shí)奪取額外補(bǔ)給量；（2）降低天然排泄量：開采后潛水蒸發(fā)消耗量降低、泉流量降低或消失、側(cè)向流出量降低等。實(shí)質(zhì)上就是由取水構(gòu)筑物截獲天然補(bǔ)給量。它最大極限等于天然排泄量，靠近于天然補(bǔ)給量；（3）可動(dòng)用儲(chǔ)存量是含水層中永久儲(chǔ)存量所提供一部分（枯水期抽水）地下水資源與地下水系統(tǒng)第46頁3. 允許開采量組成允許開采量中補(bǔ)給增量部分，只能合理地奪取，不能影響已建水源地開采和已經(jīng)開采含水層水量；地表水補(bǔ)給增量，也應(yīng)從總水資源考慮，統(tǒng)一合理調(diào)度。地下水資源與地下水系統(tǒng)第47頁3. 允許開采量組成允許開采量中降低天然排泄量，應(yīng)盡可能地截取，但也應(yīng)考慮已經(jīng)被利用天然排泄量。

19、截取天然補(bǔ)給量多少與取水構(gòu)筑物種類、布置地點(diǎn)、布置方案及開采強(qiáng)度相關(guān)。只要天然排泄量還未加以利用，就能夠用天然補(bǔ)給量或天然排泄量作為開采截取量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第48頁 3. 允許開采量組成允許開采量中可動(dòng)用儲(chǔ)存量，應(yīng)慎重確定。首先要看永久儲(chǔ)存量是否足夠大，再看現(xiàn)時(shí)技術(shù)設(shè)備最大允許降深是多少，然后算出從天然低水位至區(qū)域允許最大降深動(dòng)水位這段含水層中儲(chǔ)存量，按1或50年平均分配到每年開采量中，作為允許開采量一部分。地下水資源與地下水系統(tǒng)第49頁三、地下水量之間關(guān)系地下水各種量之間是相互聯(lián)絡(luò)、不停轉(zhuǎn)化交替。永久儲(chǔ)存量（靜儲(chǔ)量）是指儲(chǔ)存水那部分空間體積一直在含水，并不是說那部分水是永久儲(chǔ)存不變

20、。它依然會(huì)轉(zhuǎn)化為排泄水流走，再由補(bǔ)給來水補(bǔ)充，一樣參加水循環(huán)。只有極少數(shù)在特殊條件下形成地下水，如處于封閉結(jié)構(gòu)中沉積水，才沒有補(bǔ)給、排泄量，而只有靜儲(chǔ)量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第50頁三、地下水量之間關(guān)系 大多數(shù)自然條件下地下水都是由補(bǔ)給量轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存量，儲(chǔ)存量又轉(zhuǎn)化為排泄量，處于不停水交替過程中。 在開采條件下所取出來水，都是由儲(chǔ)存量中轉(zhuǎn)化來。因?yàn)閮?chǔ)存量降低，能夠奪取更多補(bǔ)給量來補(bǔ)充；同時(shí)，又截取了部分天然排泄量，則使天然排泄量降低。地下水資源與地下水系統(tǒng)第51頁三、地下水量之間關(guān)系天然狀態(tài)轉(zhuǎn)化關(guān)系：開采狀態(tài)轉(zhuǎn)化關(guān)系：地下水資源與地下水系統(tǒng)第52頁三、地下水量之間關(guān)系 各種量數(shù)量關(guān)系為：1.

21、在天然狀態(tài)下：若在均衡期內(nèi)，則Q儲(chǔ)0，上式變?yōu)椋篞天補(bǔ)Q天排。地下水資源與地下水系統(tǒng)第53頁三、地下水量之間關(guān)系2. 在開采狀態(tài)下：式中：Q天補(bǔ)天然補(bǔ)給量； Q天排天然排泄量； Q儲(chǔ)儲(chǔ)存改變量； Q實(shí)開實(shí)際開采量； Q允許允許開采量； Q補(bǔ)補(bǔ)給增量； Q排降低排泄量； Q補(bǔ)合理開采奪取量； Q儲(chǔ)可動(dòng)用儲(chǔ)存量。地下水資源與地下水系統(tǒng)第54頁三、地下水量之間關(guān)系因?yàn)殚_采量與補(bǔ)給量不一樣關(guān)系，可出現(xiàn)三種開采動(dòng)態(tài)類型水源地：穩(wěn)定型：任何時(shí)間Q開Q天補(bǔ)+Q補(bǔ)；調(diào)整型：雨季開采量小于總補(bǔ)給量，而旱季開采量可大于總補(bǔ)給量。但在一年或多年期間，累計(jì)總開采量仍應(yīng)小于總補(bǔ)給量，即未動(dòng)用儲(chǔ)存量（靜儲(chǔ)量）；消耗型：開

22、采量大于總補(bǔ)給量，須動(dòng)用消耗儲(chǔ)存量（靜儲(chǔ)量）。地下水資源與地下水系統(tǒng)第55頁三、地下水量之間關(guān)系計(jì)算地下水允許開采量是地下水資源評(píng)價(jià)關(guān)鍵問題。計(jì)算允許開采量方法，也稱為地下水資源評(píng)價(jià)方法。允許開采量大小，主要取決于補(bǔ)給量，還與開采經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件及開采方案相關(guān)。因?yàn)樗牡刭|(zhì)條件差異及不一樣勘察階段取得水文地質(zhì)資料豐富程度不一，以及對(duì)結(jié)果要求精度不一樣，可采取不一樣計(jì)算方法。地下水資源與地下水系統(tǒng)第56頁 3 地下水系統(tǒng) 源于：系統(tǒng)論20世紀(jì)40年由貝塔朗菲提出 （老三論：系統(tǒng)論、信息論、控制論） （新三論：突變論、協(xié)同論、耗散結(jié)構(gòu)論）發(fā)展于20世紀(jì)80年代：在荷蘭召開了首屆關(guān)于地下水系統(tǒng)國際學(xué)術(shù)討

23、論會(huì)（50個(gè)國家200多名代表參加）1983年底荷蘭水文與地質(zhì)學(xué)家G.B.Engelen來華進(jìn)行了講學(xué)，“地下水系統(tǒng)”。20世紀(jì)90年代起：在中國水文地質(zhì)學(xué)界得以快速廣泛應(yīng)用、研究與完善（地礦部陳夢(mèng)熊院士，長春地院林學(xué)鈺院士，中國地質(zhì)大學(xué)地下水系統(tǒng)小組等）地下水資源與地下水系統(tǒng)第57頁 3 地下水系統(tǒng) 系統(tǒng)：由相互作用和相互依賴若干組成部分結(jié)合而成含有特定功效整體相互作用，相互依賴不是各部分或零部件簡(jiǎn)單堆集整體功效大于局部（要素）之和系統(tǒng)方法：用系統(tǒng)思想去分析與研究問題方法系統(tǒng)思想：把研究對(duì)象看作一個(gè)有機(jī)整體，從整體角度去考查、分析與處理問題方法系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)整體功效最優(yōu)化（不是局部）地下水資源

24、與地下水系統(tǒng)第58頁一、地下水系統(tǒng)基本概念二、地下水系統(tǒng)特征三、地下水系統(tǒng)基本功效四、地下水系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)五、地下水系統(tǒng)分析地下水資源與地下水系統(tǒng)第59頁地下水系統(tǒng)定義荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)教授英格倫博士 地下水系統(tǒng)能夠看作在時(shí)間和空間上含有四維性質(zhì)、能量不停新陳代謝有機(jī)整體。它能夠從出生、成長、一直到衰老或消失。 主要特征表現(xiàn)在： （1）邊界類型模式； （2）容積； （3）結(jié)構(gòu)； （4）阻力或勢(shì)能轉(zhuǎn)換能力； （5）流出系統(tǒng) （6）相鄰系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)； （7）水質(zhì)類型和模式； （8）地下水系統(tǒng)發(fā)展“歷史”。 一、地下水系統(tǒng)基本概念地下水資源與地下水系統(tǒng)第60頁地下水系統(tǒng)定義 地下水圈展現(xiàn)一個(gè)多組分

25、復(fù)雜系統(tǒng)，其特點(diǎn)表現(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)各組分和其相鄰系統(tǒng)（大氣圈、陸上水圈、生物圈、地幔層和宇宙）組分之間相互作用。地下水圈多組分概念是以運(yùn)移條件和物質(zhì)存在形式都不一樣各系統(tǒng)組分之間邊界條件存在為前提。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行著（水流和化學(xué)物質(zhì)）和能量（熱能、勢(shì)能）轉(zhuǎn)換。蘇聯(lián)H.B.鮑柯夫斯卡婭 地下水資源與地下水系統(tǒng)第61頁地下水系統(tǒng)定義 地下水系統(tǒng)五個(gè)特征： （1）系統(tǒng)組成要素，包含含水層（承壓和無壓）、弱透水層、隔水層及其組合關(guān)系； （2）主要含水層含水空隙性質(zhì)，包含原生與次生； （3）主要含水層巖性，包含可溶與不可溶； （4）主要含水層貯水與導(dǎo)水性； （5）主要含水層補(bǔ)排條件。 美國R.C.希斯 地下水資

26、源與地下水系統(tǒng)第62頁地下水系統(tǒng)定義 地下水系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜，包含各種天然原因、人為原因所控制，含有不一樣等級(jí)互有聯(lián)絡(luò)又相互影響，在時(shí)空分布上含有四維性質(zhì)和各自特征、不停運(yùn)動(dòng)演化若干獨(dú)立單元統(tǒng)一體。陳夢(mèng)熊 地下水資源與地下水系統(tǒng)第63頁地下水系統(tǒng)定義 （1）地下水系統(tǒng)是由若干含有一定獨(dú)立性又相互聯(lián)絡(luò)、相互影響不一樣等級(jí)亞系統(tǒng)或次亞系統(tǒng)所組成。 （2）地下水系統(tǒng)是水文系統(tǒng)一個(gè)組成部分，與降水和地表水系統(tǒng)存在親密聯(lián)絡(luò)，相互轉(zhuǎn)化；地下水系統(tǒng)演化，很大程度上受地表水輸入與輸入與輸出系統(tǒng)控制。 （3）每個(gè)地下水系統(tǒng)都含有各自特征與演變規(guī)律，包含各自含水層系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、水動(dòng)力系統(tǒng)、水化學(xué)系統(tǒng)等。 （4）

27、含水層系統(tǒng)與地下水系統(tǒng)代表兩種不一樣概念，前者含有固定邊界，而后者邊界是自由可變。 （5）地下水系統(tǒng)時(shí)空分布與演變規(guī)律，既受天然條件控制，又受社會(huì)環(huán)境、尤其是人類活動(dòng)影響而發(fā)生改變。小 結(jié)地下水資源與地下水系統(tǒng)第64頁地下水系統(tǒng)示意圖石門寨地質(zhì)圖地下水資源與地下水系統(tǒng)第65頁地下水系統(tǒng)示意圖柳江盆地石門寨地質(zhì)剖面圖地下水資源與地下水系統(tǒng)第66頁二、地下水系統(tǒng)特征 2 地下水系統(tǒng) 1.地下水系統(tǒng)層次性 ； 2.地下水系統(tǒng)整體性和統(tǒng)一性 ； 3.地下水系統(tǒng)與環(huán)境； 地下水資源與地下水系統(tǒng)第67頁地下水系統(tǒng)特征 地下水系統(tǒng)由含水地質(zhì)體及其輸入、輸出系統(tǒng)三部分組成，每一部分又由許多低層次子系統(tǒng)組成。

28、一個(gè)地下水系統(tǒng)能夠有若干個(gè)低層次子系統(tǒng)。低層次子系統(tǒng)隸屬并支撐高層次子系統(tǒng)或系統(tǒng)。地下水系統(tǒng)這種相對(duì)大小有序結(jié)構(gòu)，稱為層次結(jié)構(gòu)。它反應(yīng)了地下水系統(tǒng)是由大小不等種種級(jí)別物質(zhì)所組成。每一個(gè)子系統(tǒng)既含有獨(dú)立性又互有聯(lián)絡(luò)、相互影響，某一個(gè)子系統(tǒng)狀態(tài)改變必定會(huì)引發(fā)相鄰子系統(tǒng)狀態(tài)改變。 地下水系統(tǒng)層次性地下水資源與地下水系統(tǒng)第68頁地下水資源與地下水系統(tǒng)第69頁黃河流域地下水系統(tǒng)分布面積一覽表序號(hào)一 級(jí) 系 統(tǒng)二級(jí)（子系統(tǒng)）系統(tǒng)名稱代碼面積(104km2)名稱代碼面積(104km2)1祁連山青藏高原224617.84扎陵湖-鄂陵湖134705.91阿尼瑪卿山282035.82龍羊峽劉家峽347597.16

29、湟水河417492.62大通河514899.20洮河627887.132隴中黃土高原-銀川平原76295.29祖歷河137165.14清水河225381.64賀蘭山36218.26銀川平原47530.253鄂爾多斯高原北區(qū)161814.7.7都思兔河-苦水河133700.07庫布齊沙漠區(qū)222186.12無定河-窟野河373557.96潛水內(nèi)流區(qū) 432370.554大青山河套平原58155.35大青山南麓137382.55河套平原220772.805呂梁山西麓39070.19天橋泉域118862.77柳林泉域27.426汾河流域運(yùn)城盆地44708.66太原盆地123089.35臨汾盆地215

30、461.38運(yùn)城盆地36157.937沁河-伊洛盆地48512.09沁水盆地115710.23伊洛盆地218993.05三門峽桃花峪313808.818渭河流域136145.58隴西黃土高原128778.59關(guān)中盆地219063.11秦嶺北麓38819.14渭北巖溶43168.67渭北黃土高原576316.079黃河下游39420.31黃河下游影響帶122634.23大汶河流域210132.04黃河三角洲36654.04總計(jì)（含潛水內(nèi)流區(qū)）828740總計(jì)（不含潛水內(nèi)流區(qū)）796369.5地下水資源與地下水系統(tǒng)第70頁地下水系統(tǒng)層次性地下水資源與地下水系統(tǒng)第71頁地下水系統(tǒng)層次性I-平原北部地

31、下水系統(tǒng)；II-平原中部地下水系統(tǒng)；III-平原南部地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng)劃分圖（據(jù)淺層地下水流場(chǎng)）I-平原北部地下水系統(tǒng)；II-平原中部地下水系統(tǒng)；III-平原南部地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng)劃分圖（據(jù)深層地下水流場(chǎng)）地下水資源與地下水系統(tǒng)第72頁地下水系統(tǒng)層次性河南平原第四系地下水系統(tǒng)劃分圖 地下水資源與地下水系統(tǒng)第73頁地下水系統(tǒng)特征 地下水系統(tǒng)是由若干子系統(tǒng)組成。這些子系統(tǒng)各自有自己組成特征及各自行為方式，但它們必須統(tǒng)一協(xié)調(diào)于地下水系統(tǒng)整體之中，必須以地下水系統(tǒng)整體功效到達(dá)最優(yōu)為準(zhǔn)則，而不是追求某一子系統(tǒng)功效最優(yōu)。如一個(gè)地下水系統(tǒng)有多個(gè)開采子系統(tǒng)，應(yīng)使全部開采子系統(tǒng)開采狀態(tài)到達(dá)最優(yōu)，而不是追求某

32、一個(gè)開采子系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。 地下水系統(tǒng)整體性和統(tǒng)一性地下水資源與地下水系統(tǒng)第74頁地下水系統(tǒng)特征 處于地下水系統(tǒng)外部，對(duì)其活動(dòng)方式和行為有著重要影響因素稱為地下水系統(tǒng)環(huán)境。 地下水系統(tǒng)屬于水文循環(huán)一個(gè)組成部分，與自然環(huán)境、技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境有親密聯(lián)系。一方面環(huán)境對(duì)地下水系統(tǒng)輸入物質(zhì)、能量和信息，并接收系統(tǒng)對(duì)環(huán)境種種輸出、維持系統(tǒng)物質(zhì)流、能量流和信息流運(yùn)動(dòng)，不停更新交替；其次環(huán)境作用影響地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有序性和功能。 地下水系統(tǒng)與環(huán)境地下水資源與地下水系統(tǒng)第75頁地下水系統(tǒng)與環(huán)境地下水系統(tǒng)與環(huán)境示例河間地塊地下水系統(tǒng)，其地下水面形狀反應(yīng)地下水系統(tǒng)某一時(shí)刻狀態(tài)。雨季，地下水面呈不對(duì)稱凸起，旱

33、季地下分水嶺消失，水面由水位高河流向水位較低河流一側(cè)傾斜，這種改變是環(huán)境，即大氣降水與河流在不一樣季節(jié)對(duì)該地下水系統(tǒng)作用不一樣而造成。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第76頁地下水系統(tǒng)特征研究地下水系統(tǒng)首先要區(qū)分哪些是系統(tǒng)內(nèi)部要素，哪些是系統(tǒng)外部要素。把系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境分開界限，稱為系統(tǒng)邊界，地下水系統(tǒng)是經(jīng)過邊界與外部環(huán)境發(fā)生聯(lián)絡(luò)。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第77頁三、地下水系統(tǒng)功效 2 地下水系統(tǒng) 地下水系統(tǒng)功效在于接收物質(zhì)、能量及信息輸入，經(jīng)過系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（傳輸）在時(shí)間歷程中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)物質(zhì)，能量及信息輸出。比如大氣降水入滲量是物質(zhì)輸入，會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)地下水流出量為物質(zhì)輸出；含水層上覆荷載改變是能量輸入，會(huì)形

34、成壓力水頭改變能量輸出。物質(zhì)與能量是能夠相互轉(zhuǎn)換，大氣降水入滲量物質(zhì)輸入，能夠產(chǎn)生水頭增加，這就是以能量方式輸出。 地下水資源與地下水系統(tǒng)第78頁地下水系統(tǒng)功效當(dāng)外部有輸入量進(jìn)入，系統(tǒng)能夠接納并貯存，其能力大小與系統(tǒng)容積及給水（貯水）系數(shù)相關(guān)。 （1）貯存作用地下水資源與地下水系統(tǒng)第79頁地下水系統(tǒng)功效系統(tǒng)傳輸功效是聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)輸入和輸出紐帶，輸入經(jīng)系統(tǒng)傳輸轉(zhuǎn)換為輸出。傳輸功效強(qiáng)弱與系統(tǒng)規(guī)模及含水介質(zhì)導(dǎo)水系數(shù)或壓力傳導(dǎo)系數(shù)相關(guān)。傳輸有兩種方式，一個(gè)是物質(zhì)傳遞，另一個(gè)是能量傳遞。對(duì)于地下水系統(tǒng)來說，物質(zhì)流傳輸是其新陳代謝前提條件。 （2）傳輸功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第80頁傳輸功效地下水資源與地下

35、水系統(tǒng)第81頁地下水系統(tǒng)功效 系統(tǒng)在傳輸過程中，表現(xiàn)出輸出對(duì)輸入有一定時(shí)間滯后，稱為延時(shí)作用。如大氣降水入滲補(bǔ)給承壓含水層，有時(shí)需數(shù)十天甚至數(shù)月，承壓含水層才表現(xiàn)出水量增加或水頭升高。影響地下水系統(tǒng)延時(shí)作用原因很多，如包氣帶厚度、含水率、垂向滲透率；含水層導(dǎo)水性等。 （ 3 ）延時(shí)功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第82頁地下水系統(tǒng)功效延時(shí)功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第83頁地下水系統(tǒng)功效 當(dāng)系統(tǒng)接納輸入后，在貯存及傳輸過程中起到“低通濾波”作用，表現(xiàn)出輸出峰（谷）值比輸入峰谷值相對(duì)平緩，這就是平滑作用。例：當(dāng)不連續(xù)降水入滲（脈沖式）補(bǔ)給地下水系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)過地下水系統(tǒng)平滑作用展現(xiàn)出連續(xù)平緩單峰輸出。研究地

36、下水系統(tǒng)平滑作用，能夠?qū)Φ叵滤到y(tǒng)貯存功效和調(diào)整功效進(jìn)行評(píng)價(jià)；平滑作用還能夠消除干擾，有利于提取有用信息。 （4）平滑功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第84頁地下水系統(tǒng)功效平滑功效地下水資源與地下水系統(tǒng)第85頁四、地下水系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 2 地下水系統(tǒng) 1.水文地質(zhì)實(shí)體2.輸入系統(tǒng)3.輸出系統(tǒng)地下水資源與地下水系統(tǒng)第86頁地下水系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 視研究對(duì)象而定！ 對(duì)于區(qū)域地下水系統(tǒng)，水文地質(zhì)實(shí)體能夠是一個(gè)或幾個(gè)含水層系統(tǒng)，地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很大程度上受含水層系統(tǒng)制約。比如，系統(tǒng)邊界，含水介質(zhì)規(guī)模與幾何形狀、水文地質(zhì)參數(shù)、地下水運(yùn)移與傳輸能力、水化學(xué)遷移交替等，都受到含水層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、埋藏條件、水力特征、巖性、巖相以及地層結(jié)構(gòu)原因影響。所以，對(duì)地下水系統(tǒng)中水文地質(zhì)實(shí)體研究，就是研究含水層系統(tǒng)。1.水文地質(zhì)實(shí)體地下水資源與地下水系統(tǒng)第87頁地下水系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 對(duì)于區(qū)域地下水研究，水文地質(zhì)實(shí)體能夠是含水層系統(tǒng)某一部分。此時(shí)這個(gè)局部地段能否作為地下水系統(tǒng)進(jìn)行研究呢？能夠！理由是： 我們是用系統(tǒng)工程理論和方法研究對(duì)象，所以任何研究對(duì)象都能夠當(dāng)成系統(tǒng)去研究。 地下水系統(tǒng)邊界是自由可變，所以邊界不一定是自然邊界，能夠是人工邊界。 所以地下水系統(tǒng)不一定是一個(gè)或幾個(gè)完整水文地質(zhì)單元。1.水文地質(zhì)實(shí)體地下水資源與地下水系統(tǒng)第88頁