1第九章

地下水的動(dòng)態(tài)與均衡2第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的

基本概念第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)第3節(jié)地下水均衡3第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念動(dòng)態(tài)

地下水的各要素（水位、水量、水質(zhì)、水溫、流速、流向等）在自然和人為因素的綜合影響下隨時(shí)間作有規(guī)律的變化。年最大變幅（△hmax)：一年中地下水位最高值與最低值的差。地下水的水位、水質(zhì)的變化實(shí)質(zhì)上是由含水系統(tǒng)中地下水的補(bǔ)給量、排泄量、儲(chǔ)存量變化的綜合表現(xiàn)。Q補(bǔ)

含水層（含水系統(tǒng)）

Q排4第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念研究補(bǔ)給量與排泄量收支的數(shù)量關(guān)系就是地下水的均衡問(wèn)題。均衡

利用質(zhì)量守恒定律分析地下水在某地區(qū)某時(shí)段內(nèi)水量、熱量和鹽量的收入與支出之間的平衡關(guān)系。水量的收支關(guān)系——水量平衡鹽量的收支關(guān)系——鹽量平衡熱量的收支關(guān)系——熱量平衡收入＞支出正均衡收入＜支出負(fù)均衡5第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念均衡區(qū)：進(jìn)行均衡計(jì)算所選定的地區(qū)。均衡期：進(jìn)行均衡計(jì)算的時(shí)間段。動(dòng)態(tài)與均衡的關(guān)系

一般而言，動(dòng)態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)，均衡是動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)部原因。6動(dòng)態(tài)與均衡的研究意義：合理利用地下水及有效防范其危害；查清地下水的補(bǔ)給與排泄，評(píng)價(jià)資源、預(yù)測(cè)水位水量變化等.礦坑排水,土壤改良——排水與灌溉進(jìn)行地下水資源計(jì)算和管理，建立數(shù)學(xué)模型時(shí)必須研究動(dòng)態(tài)與均衡。第1節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念7一、地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制降水—補(bǔ)給地下水系統(tǒng)—水位上升—?jiǎng)討B(tài)變化激勵(lì)—脈沖式的降水響應(yīng)—波狀信號(hào)的信息地下水水位對(duì)外界輸入（降水）響應(yīng)的特點(diǎn)：（1）滯后和延遲現(xiàn)象（2）有疊加現(xiàn)象第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)8氣象要素及潛水埋深變化圖第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)9因外界激勵(lì)（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的變化幅度是含水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)作用的結(jié)果某要素（水位）隨時(shí)間的變化程度用穩(wěn)定性來(lái)恒量動(dòng)態(tài)穩(wěn)定變化幅度小

動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定變化幅度大第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)10第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)地下水動(dòng)態(tài)形成機(jī)制將地下水動(dòng)態(tài)理解為含水層（含水系統(tǒng)）對(duì)環(huán)境施加的激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng)。11第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)也可理解為含水層（含水系統(tǒng)）對(duì)輸入信息變換后產(chǎn)生的輸出信息。12第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)間斷性的降水，通過(guò)含水層（含水系統(tǒng)）的變換，將轉(zhuǎn)換成比較連續(xù)的地下水位變化或泉流量變化。影響地下水動(dòng)態(tài)的因素

輸入信息因素：氣象因素（降水、蒸發(fā)、氣溫、氣壓）和水文因素

輸出信息因素：地形、地質(zhì)和人為因素13第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)氣象因素：是影響地下水動(dòng)態(tài)的主要因素。降水和蒸發(fā)：直接影響地下水的補(bǔ)給與蒸發(fā)，從而影響地下水動(dòng)態(tài)。氣溫：影響降水的形式、蒸發(fā)強(qiáng)度、淺層地下水水溫。氣壓：對(duì)潛水位產(chǎn)生偽變化。潛水位變動(dòng)伴隨的相應(yīng)潛水儲(chǔ)存量的變化為真變化；不反映潛水水量增減的潛水位變化，為偽變化。14特點(diǎn)：大面積，普遍產(chǎn)生影響(尤其對(duì)潛水）；主要有降水與蒸發(fā)因素氣候特征表現(xiàn)為：降水的年內(nèi)季節(jié)性變化降水的多年變化（如11年周期）

晝夜變化與此相對(duì)應(yīng)，地下水動(dòng)態(tài)也有這三種周期性變化晝夜變化--在許多地區(qū)不明顯多年變化--研究周期長(zhǎng)年內(nèi)變化--最突出第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)15思考：解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題時(shí)如何考慮地下水的水位動(dòng)態(tài)？供水工程應(yīng)考慮多年最低地下水位?排水工程考慮多年最高地下水位時(shí)的排水能力?第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)16第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)17第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)水文因素

地表水體補(bǔ)給地下水而引起地下水位抬升時(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。河水對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響一般為數(shù)百米到數(shù)公里，在此范圍外，主要受氣候因素的影響。濱海地區(qū)海水潮汐的影響，使地下水位呈現(xiàn)一天兩次升降的周期性變化。18第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)19河旁潛水位與河水位的關(guān)系048121620048121620Time(days)Waterlevel(m)河水位觀1水位觀2水位觀3水位第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)思考？當(dāng)河水排泄地下水時(shí)，水位變幅何處大？20第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)地質(zhì)因素

巖性和巖相等的影響是長(zhǎng)期緩慢的，它不反映在地下水的周期性變化上。如巖性、給水度、滲透系數(shù)的大小在短期內(nèi)變化不大，但在較長(zhǎng)期內(nèi)可以逐漸增大。構(gòu)造因素是一個(gè)區(qū)域性的影響因素。地震、火山活動(dòng)的影響是短期影響。在震前地下水位急劇上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水化學(xué)成分也會(huì)改變。21地質(zhì)因素是間接且相對(duì)穩(wěn)定的因素（相當(dāng)于濾波器）氣候與水文因素決定了一個(gè)地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的總輪廓地質(zhì)因素起修飾作用，濾波或削峰填谷的作用。埋藏條件：承壓水的變幅小于潛水；潛水埋深的大小,對(duì)滯后時(shí)，延遲時(shí)和變幅的影響。包氣帶巖性：K起作用；飽水帶巖性：K和μ均起作用。地下水所處的空間部位：一般而言，補(bǔ)給區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定。第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)22第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)23第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)土壤和生植物因素

土壤的影響主要表現(xiàn)為對(duì)潛水化學(xué)成分的改變，尤其是在土壤鹽漬化和沼澤化兩地區(qū)最為明顯。生植物的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：植物蒸騰對(duì)潛水動(dòng)態(tài)的影響；細(xì)菌對(duì)地下水化學(xué)成分的影響。人為因素

疏干類型：集水建筑物采水、礦坑排水等各種排水工程；充水類型：渠道、水庫(kù)、堤壩、灌溉系統(tǒng)等。24第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)25開(kāi)采狀態(tài)下地下水流態(tài)剖面示意圖第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)26地下水位降落漏斗剖面圖第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)27地下水位與開(kāi)采量關(guān)系圖第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)28某庫(kù)水位與鉆孔水位過(guò)程線第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)29第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)地下水動(dòng)態(tài)類型根據(jù)排泄方式和水交替條件，潛水的動(dòng)態(tài)類型分為：滲入—蒸發(fā)型：分布在干旱、半干旱的平原或山間盆地中心。補(bǔ)給：降水、地表水入滲（但不豐沛）徑流：微弱排泄：蒸發(fā)為主動(dòng)態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季節(jié)變化明顯，長(zhǎng)期中地下水不斷向鹽化方向發(fā)展，土壤易鹽漬化。30第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)滲入—徑流型：分布在山前或山區(qū)。降水與地表水入滲補(bǔ)給豐沛，徑流強(qiáng)烈，蒸發(fā)微弱。動(dòng)態(tài)特征：年水位變幅大而不均（由分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大而?。?；水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長(zhǎng)期中地下水不斷趨向淡化。滲入—蒸發(fā)、徑流型（弱徑流型、過(guò)渡型）：分布在降水豐沛的濕潤(rùn)平原或盆地中心。降水與地表水入滲補(bǔ)給豐沛，徑流微弱，蒸發(fā)也微弱，仍以徑流排泄為主。

動(dòng)態(tài)特征：年水位變幅小而均勻；水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長(zhǎng)期中地下水不斷向淡化方向發(fā)展。31第2節(jié)地下水動(dòng)態(tài)承壓含水層的動(dòng)態(tài)類型為

滲入--徑流型：動(dòng)態(tài)變化程度取決于構(gòu)造開(kāi)啟程度：構(gòu)造開(kāi)啟程度越高，水交替越強(qiáng)烈，動(dòng)態(tài)變化也越強(qiáng)烈，水質(zhì)的淡化趨勢(shì)越明顯。32第3節(jié)地下水均衡主要考慮水量平衡均衡：某一時(shí)間段內(nèi)某一地段內(nèi)，地下水水量（熱量、鹽量、能量）的收支狀況，稱為地下水均衡均衡區(qū)：均衡計(jì)算所選定的區(qū)域（三維的）；可以是地下水含水系統(tǒng)，也可以是一很小的均衡單元均衡期：均衡計(jì)算的時(shí)間段；可長(zhǎng)可短33水均衡方程式

基本關(guān)系式：儲(chǔ)量變化=收入量–支出量

(△W)(A)(B)對(duì)于一個(gè)地區(qū)，多年中氣候處于平均狀態(tài)，故Q補(bǔ)=Q排人為活動(dòng)影響下：正均衡（Q補(bǔ)>Q排）或負(fù)均衡（Q補(bǔ)<Q排）

A包括:大氣降水量（X）地表水的流入量(Y1)

地下水流入量（W1）(承壓水的越流量和側(cè)向補(bǔ)給量)

凝結(jié)水量（Z1）人工補(bǔ)給量(灌溉回歸水補(bǔ)給、人工回灌補(bǔ)給等)第3節(jié)地下水均衡34第3節(jié)地下水均衡B包括：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸發(fā)量（Z2）人工排泄量（人工開(kāi)采、排水渠等）△W包括：地表水變化量（V）包氣帶水變化量（m）潛水變化量（u△h）承壓水變化量（ue

△hc）其中：u為潛水層給水度

△h為均衡期潛水位變化

ue為承壓水層彈性給水度（=Ss）△hc

為承壓水測(cè)壓水位變化值35第3節(jié)地下水均衡天然條件下的總水均衡方程式

X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1)=V+m+u△h+ue

△hc潛水均衡

收入項(xiàng)A包括：降水入滲補(bǔ)給量Xf

地表水入滲補(bǔ)給量Yf

凝結(jié)水補(bǔ)給量(Zc)

上游斷面潛水流入量（Wu1）下伏承壓水越流補(bǔ)給量（Qt）36第3節(jié)地下水均衡支出項(xiàng)B包括：潛水蒸發(fā)量（Zu）(土面蒸發(fā)、植物蒸騰)

潛水以泉或泄流形式排泄量（Qd）下游斷面流出量（Wu2）

儲(chǔ)量變化△W為：u△h

則潛水均衡方程式為：

u△h=（Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt）-(Zu+Qd+Wu2)37第3節(jié)地下水均衡38均衡區(qū)YfWu1QtXfZcZuQdWu2

h潛水均衡方程式：Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt-(Zu+Qd+Wu2)=μΔh

39潛水均衡方程式：

Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt-(Zu+Qd+Wu2)=μΔh幾種條件下的潛水均衡方程式：干旱半干旱平原區(qū)：忽略Zc

；地形切割微弱Qd—>0；無(wú)越流時(shí)Qt=0；徑流滯緩Wu1

Wu2—>0；

Xf+Yf-Zu=μΔh

多年均衡條件下：μΔh=0，則

Xf+Yf=Zu濕潤(rùn)山區(qū)潛水均衡Zu=0Xf+Yf

=Qd

強(qiáng)烈開(kāi)采區(qū)

Xf+Yf

=Q開(kāi)

40

二、區(qū)域地下水均衡41以堆積平原含水系統(tǒng)地下水均衡模式分析分區(qū)（三段均衡區(qū)）分析：用含