第10章 地下水动态与均衡

第10章地下水的动态与均衡有关的基本概念地下水动态(Groundwaterregime)地下水均衡(Groundwaterbalance)10.1动态与均衡的概念动态(Fluctuation)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律的变化。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、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——水量平衡盐量的收支关系——盐量平衡热量的收支关系——热量平衡10.1动态与均衡的概念收入＞支出正均衡收入＜支出负均衡均衡区：进行均衡计算所选定的地区。均衡期：进行均衡计算的时间段。动态与均衡的关系一般而言，动态是均衡的外部表现，均衡是动态变化的内部原因。10.1动态与均衡的概念研究意义检验并完善前期水文地质研究结论查明地下水资源数量、质量及其变化为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提高依据检验实施中的利用、防治方案及措施的合理性10.2地下水动态的影响因素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）对环境施加的激励所产生的响应。10.2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的输出信息。10.2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，将转换成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。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）和水文因素输出信息因素：地形、地质和人为因素气象因素：是影响地下水动态的主要因素。降水和蒸发：直接影响地下水的补给与蒸发，从而影响地下水动态。10.2地下水动态的影响因素气温：影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水水温。气压：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真变化；不反映潜水水量增减的潜水位变化，为伪变化。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。但存在时间上的滞后现象。10.2地下水动态的影响因素10.2地下水动态的影响因素10.2地下水动态的影响因素10.2地下水动态的影响因素地下水位降落漏斗剖面图10.2地下水动态的影响因素地下水位与开采量关系图10.2地下水动态的影响因素某库水位与钻孔水位过程线10.2地下水动态的影响因素开采状态下地下水流态剖面示意图10.2地下水动态的影响因素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里，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两次升降的周期性变化。地质因素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。如岩性、给水度、渗透系数的大小在短期内变化不大，但在较长期内可以逐渐增大。10.2地下水动态的影响因素构造因素是一个区域性的影响因素。地震、火山活动的影响是短期影响。在震前地下水位急剧上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水化学成分也会改变。土壤和生植物因素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。生植物的影响表现在两个方面：植物蒸腾对潜水动态的影响；细菌对地下水化学成分的影响。10.2地下水动态的影响因素人为因素疏干类型：集水建筑物采水、矿坑排水等各种排水工程；充水类型：渠道、水库、堤坝、灌溉系统等。10.3地下水动态类型根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型分为：入渗—蒸发型：分布在干旱、半干旱的平原或山间盆地中心，地下水埋深浅。补给：当地降水、地表水入渗（但不丰沛）径流：微弱排泄：蒸发为主10.3地下水动态类型动态特征：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，土壤易盐渍化。入渗—径流型：分布在山前或山区。降水与地表水入渗补给丰沛，径流强烈，蒸发微弱。动态特征：年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位变幅由大而小）10.3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向淡化。入渗—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。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。动态特征：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展。10.3地下水动态类型径流-蒸发型分布在干旱内陆盆地远山及盆地中心，地下水埋深浅。以侧向径流补给为主，蒸发方式排泄动态特征：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。10.3地下水动态类型承压含水层的动态类型分为渗入--径流型：动态变化程度取决于构造开启程度：构造开启程度越高，水交替越强烈，动态变化也越强烈，水质的淡化趋势越明显。10.4天然条件下的地下水均衡主要考虑水量平衡水均衡方程式(hydrologicequation)基本关系式：储量变化=收入量–支出量(△W)(A)(B)对陆地上某均衡区在均衡期内，A包括：大气降水量（X）地表水的流入量(Y1)地下水流入量（W1）(承压水的越流量和侧向补给量)10.4天然条件下的地下水均衡10.4天然条件下的地下水均衡凝结水量（Z1）B包括：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸发量（Z2）△W包括：地表水变化量（V）10.4天然条件下的地下水均衡包气带水变化量（m）潜水变化量（u△h）承压水变化量（ue△hc）其中：u为潜水层给水度△h为均衡期潜水位变化ue为承压水层弹性给水度（=Ss）△hc为承压水测压水位变化值10.4天然条件下的地下水均衡总水均衡方程式X-(Y2-Y1)-(W2-W1)-(Z2-Z1)=V+m+u△h+ue△hc潜水均衡收入项A包括：降水入渗补给量Xf地表水入渗补给量Yf凝结水补给量(Zc)上游断面潜水流入量（Wu1）下伏承压水越流补给量（Qt）10.4天然条件下的地下水均衡10.4天然条件下的地下水均衡支出项B包括：潜水蒸发量（Zu）(土面蒸发、植物蒸腾)潜水以泉或泄流形式排泄量（Qd）下游断面流出量（Wu2）储量变化△W为：u△h则潜水均衡方程式为：u△h=（Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt）-(Zu+Qd+Wu2)10.4天然条件下的地下水均衡干旱半干旱平原潜水多年均衡方程式：Xf+Yf=Zu湿润山区潜水多年均衡方程式：Xf+Yf=Qd10.5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：f1-灌渠水入渗补给量f2-田面水入渗补给量Qr-通过排水沟排走的潜水水量rutfQZQffXh2110.5人为活动下的地下水均衡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：①正均衡，水位上升620mm，增加潜水储量31mm(μ=0.05).长此以往，会产生土壤盐碱化②灌溉水入渗是潜水水位抬升的主因③现有设施排水能力不够④防止盐碱化措施：或减少灌水入渗量或增加排水量10.6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计算。举例以下堆积平原：避免W2和Qt的重复计算10.6大区域地下水均衡研究中的问题整个含水系统均衡式：山前冲洪积平原潜水均衡式：冲积湖积平原浅层水均衡式：冲积湖积平原深层水均衡式：32112121QQZZWYYXXduuffff21111WQZWYXduff222utffZQYX32WQWt