1、第10章 地下水的动态与均衡w有关的基本概念有关的基本概念w地下水动态地下水动态(Ground water regime)w地下水均衡地下水均衡(Ground water balance)10.1 10.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念w 动态动态(Fluctuation)地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规律的变化。律的变化。w 均衡均衡(Balance)利用质量守恒定律分析地下水在某地区某时段内水量、利用质量守恒定律分析地下水在某地区某
2、时段内水量、热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。水量的收支关系水量的收支关系水量平衡水量平衡盐量的收支关系盐量的收支关系盐量平衡盐量平衡热量的收支关系热量的收支关系热量平衡热量平衡10.1 10.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念收入支出收入支出 正均衡正均衡收入支出收入支出 负均衡负均衡n均衡区：均衡区：进行均衡计算所选定的地区。进行均衡计算所选定的地区。n均衡期：均衡期：进行均衡计算的时间段。进行均衡计算的时间段。w 动态与均衡的关系动态与均衡的关系 一般而言，动态是均衡的外部表现，均衡是动态变化一般而言，动态是均衡的外部表现，均衡是动态变化的内部
3、原因。的内部原因。10.1 10.1 动态与均衡的概念动态与均衡的概念w 研究意义研究意义n检验并完善前期水文地质研究结论检验并完善前期水文地质研究结论n查明地下水资源数量、质量及其变化查明地下水资源数量、质量及其变化n为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提高依据提高依据n检验实施中的利用、防治方案及措施的合理检验实施中的利用、防治方案及措施的合理性性10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素w 地下水动态形成机制地下水动态形成机制 将地下水动态理解为含水层（含水系统）对环境施加将地下水动态理解为含水层（含水系统）对环境施加的激励所产生
4、的响应。的激励所产生的响应。10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 也可理解为含水层（含水系统）对输入信息变换后产生也可理解为含水层（含水系统）对输入信息变换后产生的输出信息。的输出信息。10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 间断性的降水，通过含水层（含水系统）的变换，将间断性的降水，通过含水层（含水系统）的变换，将转换成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。转换成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。w 影响地下水动态的因素影响地下水动态的因素 输入信息因素：气象因素（降水、蒸发、气温、气压）输入信息因素：气象因素（降水、蒸发、气温、气压）和水文因素
5、和水文因素 输出信息因素：地形、地质和人为因素输出信息因素：地形、地质和人为因素n气象因素：气象因素：是影响地下水动态的主要因素。是影响地下水动态的主要因素。l降水和蒸发：降水和蒸发：直接影响地下水的补给与蒸发，从直接影响地下水的补给与蒸发，从而影响地下水动态。而影响地下水动态。10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素l气温：气温：影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水水温。水温。l气压：气压：对潜水位产生伪变化。对潜水位产生伪变化。潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为真变化；不反映潜水水量增减的潜水
6、位变化，为真变化；不反映潜水水量增减的潜水位变化，为伪变化。伪变化。一般，气象要素具有昼夜、季节和多年性周一般，气象要素具有昼夜、季节和多年性周期变化，地下水动态也有相似的周期性变化。但期变化，地下水动态也有相似的周期性变化。但存在时间上的滞后现象。存在时间上的滞后现象。10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素w 地下水位降落漏斗剖面图地下水位降落漏斗剖面图10.2 10.2 地下水动态的影响因素
7、地下水动态的影响因素w 地下水位与开采量关系图地下水位与开采量关系图10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素w 某库水位与钻孔水位过程线某库水位与钻孔水位过程线10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素w 开采状态下地下水流态剖面示意图开采状态下地下水流态剖面示意图10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素n水文因素水文因素 地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，随地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，随着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后。着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后。河水对地下水动态的影响一般为数百米到数公
8、里，河水对地下水动态的影响一般为数百米到数公里，在此范围外，主要受气候因素的影响。在此范围外，主要受气候因素的影响。滨海地区海水潮汐的影响，使地下水位呈现一天滨海地区海水潮汐的影响，使地下水位呈现一天两次升降的周期性变化。两次升降的周期性变化。n地质因素地质因素l岩性和岩相等的影响是长期缓慢的，它不反映在岩性和岩相等的影响是长期缓慢的，它不反映在地下水的周期性变化上。地下水的周期性变化上。如岩性、给水度、渗透如岩性、给水度、渗透系数的大小在短期内变化不大，但在较长期内可系数的大小在短期内变化不大，但在较长期内可以逐渐增大。以逐渐增大。10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素
9、l构造因素是一个区域性的影响因素。构造因素是一个区域性的影响因素。l地震、火山活动的影响是短期影响。地震、火山活动的影响是短期影响。在震前地下在震前地下水位急剧上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水水位急剧上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水化学成分也会改变。化学成分也会改变。n土壤和生植物因素土壤和生植物因素l土壤的影响主要表现为对潜水化学成分的改变，土壤的影响主要表现为对潜水化学成分的改变，尤其是在土壤盐渍化和沼泽化两地区最为明显。尤其是在土壤盐渍化和沼泽化两地区最为明显。l生植物的影响表现在两个方面：生植物的影响表现在两个方面：w植物蒸腾对潜水动态的影响；植物蒸腾对潜水动态的影响；w细菌对地下
10、水化学成分的影响。细菌对地下水化学成分的影响。10.2 10.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素n人为因素人为因素l疏干类型：集水建筑物采水、矿坑排水等疏干类型：集水建筑物采水、矿坑排水等各种排水工程；各种排水工程；l充水类型：渠道、水库、堤坝、灌溉系统充水类型：渠道、水库、堤坝、灌溉系统等。等。10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型分根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型分为：为：w 入渗入渗蒸发型：蒸发型：分布在干旱、半干旱的平原或山分布在干旱、半干旱的平原或山间盆地中心，地下水埋深浅。间盆地中心，地下水埋深浅。补给：当地降水
11、、地表水入渗补给：当地降水、地表水入渗 （但不丰沛）（但不丰沛）径流：微弱径流：微弱 排泄：蒸发为主排泄：蒸发为主10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型动态特征：动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变年水位变幅小而均匀；水质季节变化明显，长期中地下水不断向盐化方向发展，化明显，长期中地下水不断向盐化方向发展，土壤易盐渍化。土壤易盐渍化。w 入渗入渗径流型：径流型：分布在山前或山区。分布在山前或山区。降水与地表水入渗补给丰沛，径流强烈，蒸降水与地表水入渗补给丰沛，径流强烈，蒸发微弱。发微弱。动态特征：动态特征：年水位变幅大而不均（由分水岭到年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位
12、变幅由大而小）排泄区，年水位变幅由大而小）10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 水质季节变化不明显，长期中地下水不断趋水质季节变化不明显，长期中地下水不断趋向淡化。向淡化。w 入渗入渗蒸发、径流型（弱径流型、过渡型）蒸发、径流型（弱径流型、过渡型）分布在降水丰沛的湿润平原或盆地中心。分布在降水丰沛的湿润平原或盆地中心。降水与地表水入渗补给丰沛，径流微弱，蒸降水与地表水入渗补给丰沛，径流微弱，蒸发也微弱，仍以径流排泄为主。发也微弱，仍以径流排泄为主。动态特征：动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变年水位变幅小而均匀；水质季节变化不明显，长期中地下水不断向淡化方向发化不明显，长期中地
13、下水不断向淡化方向发展。展。10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型w 径流径流-蒸发型蒸发型 分布在干旱内陆盆地远山及盆地中心，地下水分布在干旱内陆盆地远山及盆地中心，地下水埋深浅。埋深浅。以侧向径流补给为主，蒸发方式排泄以侧向径流补给为主，蒸发方式排泄 动态特征：动态特征：年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显的季节性年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显的季节性变化，水土向盐化方向演变。变化，水土向盐化方向演变。10.3 10.3 地下水动态类型地下水动态类型 承压含水层的动态类型分为承压含水层的动态类型分为n渗入渗入-径流型：径流型：动态变化程度取决于构造开启程度：构造开启程动态变化程度取
14、决于构造开启程度：构造开启程度越高，水交替越强烈，动态变化也越强烈，水质度越高，水交替越强烈，动态变化也越强烈，水质的淡化趋势越明显。的淡化趋势越明显。10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 主要考虑水量平衡主要考虑水量平衡w 水均衡方程式水均衡方程式(hydrologic equation)n基本关系式：基本关系式：储量变化储量变化=收入量收入量 支出量支出量 (W)(A)(B)对陆地上某均衡区在均衡期内，对陆地上某均衡区在均衡期内，A包括：包括：l大气降水量（大气降水量（X）l地表水的流入量地表水的流入量(Y1)l地下水流入量（地下水流入量（W1）(承压水的越流量
15、和侧向补给量承压水的越流量和侧向补给量)10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡l凝结水量（凝结水量（Z1）B包括：包括：l地表水流出量（地表水流出量（Y2）l地下水流出量（地下水流出量（W2）l蒸发量（蒸发量（Z2）W包括：包括：l地表水变化量（地表水变化量（V）10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡l包气带水变化量（包气带水变化量（m）l潜水变化量（潜水变化量（uh）l承压水变化量（承压水变化量（ue h c）其中：其中：u为潜水层给水度为潜水层给水度 h为均衡期潜水位变化为均
16、衡期潜水位变化 ue为承压水层弹性给水度（为承压水层弹性给水度（=Ss）h c 为承压水测压水位变化值为承压水测压水位变化值10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡n总水均衡方程式总水均衡方程式 X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1)=V+m+uh+ue h cn潜水均衡潜水均衡 收入项收入项A包括：包括：降水入渗补给量降水入渗补给量Xf 地表水入渗补给量地表水入渗补给量Yf 凝结水补给量凝结水补给量(Zc)上游断面潜水流入量（上游断面潜水流入量（Wu1）下伏承压水越流补给量（下伏承压水越流补给量（Qt）10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的
17、地下水均衡10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 支出项支出项B包括：包括：潜水蒸发量（潜水蒸发量（Zu）(土面蒸发、植物蒸腾土面蒸发、植物蒸腾)潜水以泉或泄流形式排泄量（潜水以泉或泄流形式排泄量（Qd）下游断面流出量（下游断面流出量（Wu2）储量变化储量变化W为：为：uh 则潜水均衡方程式为：则潜水均衡方程式为：uh=（Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt）-(Zu+Qd+Wu2)10.4 10.4 天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡n干旱半干旱平原潜水多年均衡方程式：干旱半干旱平原潜水多年均衡方程式：Xf+Yf =Zun湿润山区潜水多年均衡方程式：湿润山区潜水
18、多年均衡方程式：X Xf f+Y+Yf f=Q=Qd d10.5 10.5 人为活动下的地下水均衡人为活动下的地下水均衡 评价人类活动对地下水动态的影响，预测水量水质的变评价人类活动对地下水动态的影响，预测水量水质的变化趋势，提出合理调控地下水的措施。化趋势，提出合理调控地下水的措施。乌兹别克斯坦某灌区潜水均衡方程：乌兹别克斯坦某灌区潜水均衡方程：f1-灌渠水入渗补给量灌渠水入渗补给量 f2-田面水入渗补给量田面水入渗补给量 Qr-通过排水沟排走的潜水水量通过排水沟排走的潜水水量rutfQZQffXh2110.5 10.5 人为活动下的地下水均衡人为活动下的地下水均衡以一个水文年为均衡期，经观
19、测计算求得：以一个水文年为均衡期，经观测计算求得：31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.0结论：结论：正均衡，水位上升正均衡，水位上升620mm620mm，增加潜水储量，增加潜水储量31mm(=0.05).31mm(=0.05).长此以往，会产生土壤盐碱化长此以往，会产生土壤盐碱化灌溉水入渗是潜水水位抬升的主因灌溉水入渗是潜水水位抬升的主因现有设施排水能力不够现有设施排水能力不够防止盐碱化措施：或减少灌水入渗量或增加排防止盐碱化措施：或减少灌水入渗量或增加排水量水量10.6 10.6 大区域地下水均衡研究中的问题大区域地下水均衡研究中的问题 大区域均衡计算和各子系统均衡计算时要避免重复大区域均衡计算和各子系统均衡计算时要避免重复计算。举例以下堆积平原：避免计算。举例以下堆积平原：避免W2和和Qt的重复计的重复计算算10.6 10.6 大区域地下水均衡研究中的问题大区域地下水均衡研究中的问题整个含水系统均衡式：整个含水系统均衡式：山前冲洪积平原潜水均衡式：山前冲洪积平原潜水均衡式：冲积湖积平原浅层水均衡式：冲积湖积平原浅层水均衡式：冲积湖积平原深层水均衡式：冲积湖积平原深层水均衡式：32112121QQZZWYYXXduuffff21111WQZWYXduff222utffZQYX32WQWt
