10地下水动态与均衡

百度文库 - 让每个人平等地提升自我！ 第十章第十章地下水动态与均衡地下水动态与均衡 地下水动态：groundwater regime 地下水均衡：groundwater balance (budget) 1010．．1 1地下水动态与均衡的概念地下水动态与均衡的概念 地下水动态––––地下水各种要素(水位、水量、化学组分、气体成分、温度、微生物等 ) 随时间的变化，称为地下水动态 地下水均衡––––某一时段、某一范围内地下水水量(盐量、热量等)的收支状况，称为地 下水均衡。 地下水动态与均衡的关系是：地下水动态是地下水均衡的外在表现，地下水均衡是地 下水动态的内在原因。 地下水动态的研究包括：影响因素、类型及成果分析。 地下水均衡的研究包括：均衡区和均衡期的确定，均衡方程式的确定，各收支项的求 取，均衡计算结果的校核与分析。 地下水要素之所以随时间发生变动，是含水层（含水系统）水量、盐量、热量、能量收 支不平衡的结果。例如， 当含水层的补给水量大于其排泄水量时， 储存水量增加，地下水位 上升；反之，当补给量小于排泄量时，储存水量减少，水位下降。 研究目的意义： 地下水动态监测及成果分析， 可以解决一系列理论与实际问题： ①检验并完善前期水文地质 研究结论；②查明地下水资源数量、质量及其变化；③为数学模拟提供依据；④为拟定合理 的地下水利用、 防治方案及措施提供依据； ⑤检验实施中的利用、 防治方案及措施的合理性。 地下水均衡研究，可以为拟定合理的地下水利用、 防治方案及措施提供定量依据， 检验 并完善利用、防治方案及措施。 目前：研究较多的是水位动态，水量均衡。 1010．．2 2地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 1．影响地下水动态的因素 地下水动态的本源因素是随时间变动的因素，包括：气象(气候)因素、水文因素、生物 因素、地质营力因素、天文因素等。 1）气象因素： ① 降水→含水层水量增加→水位抬升→水质变淡； ② 蒸发→潜水含水层水量减少→水位降低→水质变咸； ③ 气象因素具有季节性的变化，地下水动态也具有季节性变化； 1 百度文库 - 让每个人平等地提升自我！ ④ 气候还存在多年的周期性变动， 如周期为 11 年的太阳黑子影响丰水年与枯水年从而 使地下水位呈现多年周期性变化。 在分析气象因素对潜水位的影响时， 必须区分潜水位的真变化与伪变化。 潜水位变动伴 随相应的潜水储存量的变化， 这种水位变动是真变化。 某些并不反映潜水水量增减的潜水位 变化，便是伪变化。例如，当大气气压开始降低时，暴露于大气中的井孔中的地下水位却因 气压降低而水位抬升。 对于重大的长期性地下水供排设施， 应当考虑多年的地下水位与水量的动态变化。 供水 工程应根据多年资料分析地下水位最低时水量能否满足要求； 排水要考虑多年最高地下水位 时的排水能力。 2）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。 影响范围一般在数公里 ~ 数百公里。此范围以外主要受气候因素的影响。 3）其他因素影响下的地下水动态 地震、固体潮、潮汐、外部荷载等都会引起地下水要素变化。 4）人为活动影响下的地下水动态 通过新增的补给源或排泄去路而影响地下水的动态。 如钻孔采水（开采地下水），矿坑排水，破坏了地下水的天然平衡，使地下水的动态发 生变化。 新建水库，利用地表水灌溉，使地下水位上升，影响地下水的天然动态。 5）地质因素： 包气带的厚度与岩性： ① 厚度：小，降水到达地下水的时间短→水位上升快；大，降水到达地下水的时间 长→水位上升慢； ② 岩性： a. 渗透性：K 小，水位滞后降水的时间长；K 大，水位滞后降水的时间短； b. 给水度：μ小，水位变幅大；μ大，水位变幅小。 2 百度文库 - 让每个人平等地提升自我！ 1010．．3 3地下水动态类型地下水动态类型 参照阿利托夫斯基等(1956)的分类，提出如下地下水天然动态类型：入渗—径流型、径 流—蒸发型、入渗—蒸发型、入渗—弱径流型。 1．入渗—径流型动态，接受降水及地表水补给，以径流方式排泄；地下水化学作用以溶滤 为主。 动态的特点是：年水位变幅大而不均，由补给区到排泄区，年水位变幅由大到小。 水质 季节变化不明显，水土向淡化方向演变。 2．径流—蒸发型动态，以侧向径流补给为主，以蒸发方式排泄；地下水化学作用以浓缩为 主。 动态的特点是年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显季节变化，水土向盐化方向演变。 3．入渗—蒸发型动态，以接受当地降水补给为主，径流微弱，就地蒸发排泄；地下水化学 作用为溶滤—浓缩间杂发生。 4．入渗—弱径流型动态，以接受当地降水补给为主，径流和蒸发均微弱，地下水化学作用 以溶滤为主。 上述四大类型，难以完全概括我国复杂的地下水动态，需要根据实际情况加以变换应用。 1010．．4 4天然条件下的地下水均衡天然条件下的地下水均衡 1．概念 地下水均衡––––指某个地区，某一时段内，地下水水量（盐量、热量）收入与支出之间 的数量关系。 均衡区––––进行均衡计算所选定的地区。 一般为一个完整的水文地质单元或者为一个完 整的地下水系统。 均衡期––––进行均衡计算的时间段称作均衡期。一般为一年，或若干年。 水均衡（水量平衡）研究的实质：用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素之间的数 量关系。 正均衡––––地下水水量的收入大于支出，表现为地下水储存量的增加，称为正均衡。 负均衡––––支出大于收入，地下水储存量减少，称作负均衡。 均衡状态：收入=支出，地下水储存量保持平衡。 进行均衡研究的目的：分析收入项，支出项→列出水均衡方程式→补给量（资源评 价）→正、负均衡？→求某些未知项（或参数：μ、S 等）。 关于水均衡的研究：目前主要是水量均衡的研究。 2．水均衡方程式（天然状态下） 1）一般收入项（A）包括： ① 大气降水量（X）； ② 地表水流入量（Y1）； ③ 地下水流入量（W1）等。 2）支出项（B）： ① 地表水流出量（Y2）； ② 地下水流出量（W2）； ③ 蒸发量（Z2）。 3 百度文库 - 让每个人平等地提升自我！ 3）均衡期水的储存量的变化量为Δω 4）则水均衡方程式为： A– B=Δω，其中： μΔh，对于潜水 Δω SΔh，对于承压水 式中：Δω为单位时间、单位面积储存量的变化量。 5）根据具体情况列均衡方程： 有些项可以省略，方程可以简化。 1010．．5 5人为活动影响下的地下水均衡人为活动影响下的地下水均衡 人类活动对地下水均衡的影响 水量均衡方程式：考虑人为影响下补给量（收入）、排泄量（支出）。 1010．．6 6大区域地下水均衡研究中的一些问题大区域地下水均衡研究中的一些问题 4．大区域地下水均衡研究需要注意的问题 注意避免上、 下游之间， 潜水、 承压水之间， 以及地下水与地表水之间水量的重复计算。 思考题思考题 1.地下水动态？ 2.地下水均衡？ 3.均衡区？ 4.均衡期？ 5.正均衡? 6.负均衡? 7. 8.均衡方程? 9.试比较：接受降水及河流补给时，地下水位的响应有哪些共同点与不同点? 10. 河流补给地下水时，潜水和承压水水位的响应有何不同?为什么? 11.