第九章地下水的動態(tài)與均衡第一節(jié)地下水動態(tài)與均衡的概念地下水動態(tài)的概念：含水層（含水系統）在與外界環(huán)境相互作用過程中，含水層（含水系統）地下水各要素（如地下水位、水量、水化學成份、水溫等）隨時間的變化狀況，稱為地下水動態(tài)。地下水均衡的概念：某時段某地段地下水物質、能量的收支狀況稱為地下水均衡。第二節(jié)地下水動態(tài)一、地下水動態(tài)的形成機制含水層（含水系統）地下水各要素（如地下水位、水量、水化學成份、水溫等）之所以隨時間發(fā)生變化，是含水層（含水系統）中物質、能量收支不平衡的綜合表現。因此，地下水動態(tài)是含水層（含水系統）對外部環(huán)境施加的激勵所產生的響應，也可理解為含水層（含水系統）將輸入信息變換后產生的輸出信息。下面以降雨（9-1）f補給地下水系統f水位上升脈沖式激勵波狀響應A91a地下水動態(tài)（對外界響應）特點：在時間上表現為滯后和延遲（圖9-1），以及疊加。疊加現象：是指外界多次激勵（或輸入）時，引起系統響應（或輸出）的變化是多次激勵響應的累加結果（圖9-2）。9-2（現象。WHY*MmFh9-2信息傳輸中的迭合MmFh地下水動態(tài)描述：地下水某要素隨時間的變化（動態(tài)）程度可用穩(wěn)定性來恒量：動態(tài)穩(wěn)定，是指變化幅度?。粍討B(tài)不穩(wěn)定，是指變化幅度大。二、地下水動態(tài)的影響因素影響地下水動態(tài)（穩(wěn)定性）的因素主要有三類：是外部環(huán)境對含水層（含水系統）給---（）因素、水文因素；件，地質因素。人為因素，包括開采、人工回灌、灌溉、庫渠滲漏、污水排放等等。（一）氣象（氣候）因素氣象（氣候）基本形態(tài)。

決定了一個地區(qū)動態(tài)的氣象（氣候）要素周期性地發(fā)生晝夜、季節(jié)與多年變化。其中季節(jié)變化最為顯著且最有意義。從圖9-3，可以分析季節(jié)變化對潛水動態(tài)影響lwIJKt-榻用.ITn-m,：'4圖9—3潛水動態(tài)曲線（1954—1955，北京）1—氣溫；2lwIJKt-榻用.ITn-m,：'4（195416月，19554月蒸發(fā)量缺資料）9411年的圖9—4前蘇聯卡明草原地下水位變化圖〔阿利托夫斯基等， 1956〕（91水量的變化。注意在分析氣象因素對潛水位的影響時，必須區(qū)分潛水位的真變化與偽變化。例如，當大氣氣壓開始降低時，處于包氣帶之下的潛水面尚未感受到其影響，暴露于大氣中的井孔中的地下水位卻因氣壓降低而水位抬升。加時井孔地下水位也會呈現與含水層不同步的下降。（二）水文因素——河水

當然，氣壓突然增河水的影響：主要取決于含水層（地下水系統）距地表水體的遠近9-5河流，地下水位變幅減小，發(fā)生變化的時間明顯滯后。9—512345（三）地質因素地質因素是影響輸入信息變換的內部因素。對動態(tài)特征起修飾作用。潛水：降水補給潛水時，包氣帶厚度與巖性影響地下水位的變化： 包氣帶厚度大，潛水埋藏深愈大，水位變化的滯后性越明顯；巖性的滲透性愈好，水位抬升的間滯后愈短。一般地，在補給區(qū)的水位變化明顯，變幅大；距離遠變化逐漸減弱。（T=12h）、地震等地質應力影響。三、地下水天然動態(tài)類型潛水和承壓水由于排泄方式及水交替程度不同，動態(tài)特征也不同。（一）潛水一一三種動態(tài)類型蒸發(fā)型一一主要出現在干旱半干旱地區(qū)地形切割微弱的平原或盆地。徑流型一一廣泛分布于山區(qū)及山前。流微弱。（二）承壓水徑流型——動態(tài)變化的程度取決于構造封閉條件。構造開啟程度愈好，水交替愈強烈，動態(tài)變化愈強烈，水質的淡化趨勢愈明顯。四、人類活動影響下的地下水動態(tài)類型人類活動通過增加新的補給來源或新的排泄去路而改變地下水的天然動態(tài)。（鹽化或者淡化）展。量，天然排泄不再存在，或數量減少（），的補給量。（1）9-63—5（6）月采水灌溉，水位降到最低點。6（7）月雨季開始，采水停止，降水入滲及周圍地下水徑流補給，使水位迅速上升。雨季結束后，周圍的徑流流入填充開采漏斗，水位繼續(xù)緩慢上升。翌年采水前期，水位達到最高點。這一動態(tài)變化顯示了天然因素和人為因素的綜合影響（圖9—6）。動態(tài)類型稱為開采一徑流型。（3 Ar9—6河北饒陽五公里河地下水位變化曲線〔據河北省第九地質大隊〕1—地下水位；2—降水量；3—采水量（2）若采排水量過大，天然排泄量的減量與補給量的增量的總和，不足以CM8.71659CM8.71659的61 62J刖6?67W70F314

導致地下水位持續(xù)下降（如97河北保定西部地下水位變化曲線〔據河北省地礦局第四水文地質大隊〕4m,1977年雨季，潛水位已接近地表了（9-8）。9—8河北冀縣新莊潛水位變化曲線1—潛水位；2—月降水量（9—8、o即使氣候濕潤的平原或盆地，由于地表水灌溉過多抬高地下水位，耕層土壤過濕，會引起土壤次生沼澤化。第三節(jié)地下水均衡一、與地下水均衡相關的概念地下水均衡是以地下水為對象的均衡研究。目的在于闡明某個地區(qū)在某一段時間內，地下水水量（鹽量、物質、熱量、能量）收入與支出的關系均衡區(qū)一一進行均衡計算所選定的區(qū)域稱作均衡區(qū)。它最好是一個具有相對隔水邊界的完整水文地質單元。均衡期一一進行均衡計算的時間段，稱作均衡期。通常按照水文年來計算，或取多年平均值。正均衡一一某一均衡區(qū)，在一定均衡期內，地下水水量（或鹽量、熱量等）的收入大于支出，表現為地下水儲存量（或鹽儲量、熱儲量等）增加，稱作正均衡。負均衡---某一均衡區(qū)，在一定均衡期內，地下水水量（或鹽量、熱量等）的收入小于支出，表現為地下水儲存量（或鹽儲量、熱儲量等）減少，稱作負均衡。均衡是地下水動態(tài)變化的內在原因，動態(tài)則是地下水均衡的外部表現。二、水均衡方程式一個地區(qū)的水均衡研究，實質就是應用質量守恒定律去分析參與水循環(huán)的各要素的數量關系。進行均衡研究必須分析均衡的收入與支出項，列出均衡方程式。通過估算或測定均衡方程式的均衡項，分析均衡狀況或求算均衡方程式中某些未知項。天然狀態(tài)下總的水均衡：收入項（」）包括：大氣降水量（-】'）、地表水流入量（'［）、地下水流入量（■■-）＞水汽凝結量（-1）。支出項（J）為：地表水流出量（-I）、地下水流出量（'〔）、蒸發(fā)量（乙）均衡期水的儲存量變化為-"即：

（X+S+旳+卜爲+嶼=

(9—

(9—或:（「

2)(9—，包氣帶水變化量（m，潛水變化量（L'）及承壓水變化量（-\-）；（）壓水測壓水位變化值。據此，水均衡方程式可寫成：(9—4)（一）天然狀態(tài)下的潛水均衡方程式以潛水為例（9-10），建立潛水的均衡方程式。收入項（」）包括：降水入滲補給量（山'），地表水入滲補給量（〔'），凝結水補給量（-「），上游斷面潛水流入量（’ll），下伏承壓含水層越流補給潛水水量（匕，如潛水向承壓水越流排泄則列入支出項）。支出（_）包括：潛水蒸發(fā)（-1，包括土面蒸發(fā)及葉面蒸），潛水以泉或泄流形式排泄（=），下游斷面潛水流出量r-）。均衡期始末潛水儲存量變化（圖10）。貝u： ―-丄」(9-5)地二％+I7+N+叫+Q)?(N+@+儲存變化量 收入項 支出項9—10潛水均衡示意圖（假定地下水流動與剖面平行）

(9-6)1—含水層；2—弱透水層；3—潛水位；4—高、低地表水位幾種條件下的潛水均衡方程式：r-0：=0’ll0Zu）+打-Z

(9—7):，（97）為：（9-8Qd,Zu）(98)（9—8）式表示滲入補給潛水的水量全部消耗于蒸發(fā)。(9—9)(9—9)（9—9）式表示入滲補給的水量全部以徑流形式排泄。（二）人類活動影響下的潛水均衡(9—10)(9—10)儲存變化量收入項 支出項式中：二、一——分別為灌渠水及田面灌水入滲補給潛水的水量；-:――下伏承壓含水層越流補給潛水的水量；-:通過排水溝排走的潛水水量；其余符號意義同前。研究人類活動影響下的地下水均衡，可以幫助我們定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。三、均衡計算應注意的問題從地下水系統理論出發(fā)，進行地下水均衡計算時，應該以大的含水系統為均衡區(qū)，避免將統一的含水系統劃分為幾個計算區(qū)（或以行政區(qū)劃分），否則，系統上、下之間，潛水、承壓水之間，以及地表水與地下水之間的水量就會被重復計算。（1）大區(qū)域地下水均衡計算：以堆積平原含水系統地下水均衡模式分析（圖9-11）為例，如果分為三段均衡區(qū)，各段均衡方程式為：山前丘陵港水J+F沖+JF-Zt+QJ+JF,/Ifl1uld2

9-11沖積平原潛水》+%+牛紜沖積平原承壓水附＜=Q+氣 9-129-13作為整個含水系統的水量均衡方程式：均］+務+%+如+^［-乙］+為+Q+%9-1112139-14

（9-14）二和「屬于堆積平原含水系統內部成地下