地下水的動(dòng)態(tài)與均衡地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念地下水

第九章地下水的動(dòng)態(tài)與均衡第一節(jié)地下水動(dòng)態(tài)與均衡的概念地下水動(dòng)態(tài)的概念：含水層（含水系統(tǒng)）在與外界環(huán)境相互作用過(guò)程中，含水層（含水系統(tǒng)）地下水各要素（如地下水位、水量、水化學(xué)成份、水溫等）隨時(shí)間的變化狀況，稱(chēng)為地下水動(dòng)態(tài)。地下水均衡的概念：某時(shí)段某地段地下水物質(zhì)、能量的收支狀況稱(chēng)為地下水均衡。第二節(jié)地下水動(dòng)態(tài)一、地下水動(dòng)態(tài)的形成機(jī)制含水層（含水系統(tǒng)）地下水各要素（如地下水位、水量、水化學(xué)成份、水溫等）之所以隨時(shí)間發(fā)生變化，是含水層（含水系統(tǒng)）中物質(zhì)、能量收支不平衡的綜合表現(xiàn)。因此，地下水動(dòng)態(tài)是含水層（含水系統(tǒng)）對(duì)外部環(huán)境施加的激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng)，也可理解為含水層（含水系統(tǒng)）將輸入信息變換后產(chǎn)生的輸出信息。下面以降雨（9-1）f補(bǔ)給地下水系統(tǒng)f水位上升脈沖式激勵(lì)波狀響應(yīng)A91a地下水動(dòng)態(tài)（對(duì)外界響應(yīng)）特點(diǎn)：在時(shí)間上表現(xiàn)為滯后和延遲（圖9-1），以及疊加。疊加現(xiàn)象：是指外界多次激勵(lì)（或輸入）時(shí)，引起系統(tǒng)響應(yīng)（或輸出）的變化是多次激勵(lì)響應(yīng)的累加結(jié)果（圖9-2）。9-2（現(xiàn)象。WHY*MmFh9-2信息傳輸中的迭合MmFh地下水動(dòng)態(tài)描述：地下水某要素隨時(shí)間的變化（動(dòng)態(tài)）程度可用穩(wěn)定性來(lái)恒量：動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，是指變化幅度?。粍?dòng)態(tài)不穩(wěn)定，是指變化幅度大。二、地下水動(dòng)態(tài)的影響因素影響地下水動(dòng)態(tài)（穩(wěn)定性）的因素主要有三類(lèi)：是外部環(huán)境對(duì)含水層（含水系統(tǒng)）給---（）因素、水文因素；件，地質(zhì)因素。人為因素，包括開(kāi)采、人工回灌、灌溉、庫(kù)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(gè)地區(qū)動(dòng)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(duì)潛水動(dòng)態(tài)影響lwIJKt-榻用.ITn-m,：'4圖9—3潛水動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)（1954—1955，北京）1—?dú)鉁兀?lwIJKt-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(lián)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(duì)潛水位的影響時(shí)，必須區(qū)分潛水位的真變化與偽變化。例如，當(dāng)大氣氣壓開(kāi)始降低時(shí)，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(shí)井孔地下水位也會(huì)呈現(xiàn)與含水層不同步的下降。（二）水文因素——河水

當(dāng)然，氣壓突然增河水的影響：主要取決于含水層（地下水系統(tǒng)）距地表水體的遠(yuǎn)近9-5河流，地下水位變幅減小，發(fā)生變化的時(shí)間明顯滯后。9—512345（三）地質(zhì)因素地質(zhì)因素是影響輸入信息變換的內(nèi)部因素。對(duì)動(dòng)態(tài)特征起修飾作用。潛水：降水補(bǔ)給潛水時(shí)，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(bǔ)給區(qū)的水位變化明顯，變幅大；距離遠(yuǎn)變化逐漸減弱。（T=12h）、地震等地質(zhì)應(yīng)力影響。三、地下水天然動(dòng)態(tài)類(lèi)型潛水和承壓水由于排泄方式及水交替程度不同，動(dòng)態(tài)特征也不同。（一）潛水一一三種動(dòng)態(tài)類(lèi)型蒸發(fā)型一一主要出現(xiàn)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——?jiǎng)討B(tài)變化的程度取決于構(gòu)造封閉條件。構(gòu)造開(kāi)啟程度愈好，水交替愈強(qiáng)烈，動(dòng)態(tài)變化愈強(qiáng)烈，水質(zhì)的淡化趨勢(shì)愈明顯。四、人類(lèi)活動(dòng)影響下的地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)增加新的補(bǔ)給來(lái)源或新的排泄去路而改變地下水的天然動(dòng)態(tài)。（鹽化或者淡化）展。量，天然排泄不再存在，或數(shù)量減少（），的補(bǔ)給量。（1）9-63—5（6）月采水灌溉，水位降到最低點(diǎn)。6（7）月雨季開(kāi)始，采水停止，降水入滲及周?chē)叵滤畯搅餮a(bǔ)給，使水位迅速上升。雨季結(jié)束后，周?chē)膹搅髁魅胩畛溟_(kāi)采漏斗，水位繼續(xù)緩慢上升。翌年采水前期，水位達(dá)到最高點(diǎn)。這一動(dòng)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(dòng)態(tài)類(lèi)型稱(chēng)為開(kāi)采一徑流型。（3 Ar9—6河北饒陽(yáng)五公里河地下水位變化曲線(xiàn)〔據(jù)河北省第九地質(zhì)大隊(duì)〕1—地下水位；2—降水量；3—采水量（2）若采排水量過(guò)大，天然排泄量的減量與補(bǔ)給量的增量的總和，不足以CM8.71659CM8.71659的61 62J刖6?67W70F314

導(dǎo)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(xiàn)〔據(jù)河北省地礦局第四水文地質(zhì)大隊(duì)〕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(xiàn)1—潛水位；2—月降水量（9—8、o即使氣候濕潤(rùn)的平原或盆地，由于地表水灌溉過(guò)多抬高地下水位，耕層土壤過(guò)濕，會(huì)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(guān)的概念地下水均衡是以地下水為對(duì)象的均衡研究。目的在于闡明某個(gè)地區(qū)在某一段時(shí)間內(nèi)，地下水水量（鹽量、物質(zhì)、熱量、能量）收入與支出的關(guān)系均衡區(qū)一一進(jìn)行均衡計(jì)算所選定的區(qū)域稱(chēng)作均衡區(qū)。它最好是一個(gè)具有相對(duì)隔水邊界的完整水文地質(zhì)單元。均衡期一一進(jìn)行均衡計(jì)算的時(shí)間段，稱(chēng)作均衡期。通常按照水文年來(lái)計(jì)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(nèi)，地下水水量（或鹽量、熱量等）的收入大于支出，表現(xiàn)為地下水儲(chǔ)存量（或鹽儲(chǔ)量、熱儲(chǔ)量等）增加，稱(chēng)作正均衡。負(fù)均衡---某一均衡區(qū)，在一定均衡期內(nèi)，地下水水量（或鹽量、熱量等）的收入小于支出，表現(xiàn)為地下水儲(chǔ)存量（或鹽儲(chǔ)量、熱儲(chǔ)量等）減少，稱(chēng)作負(fù)均衡。均衡是地下水動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)在原因，動(dòng)態(tài)則是地下水均衡的外部表現(xiàn)。二、水均衡方程式一個(gè)地區(qū)的水均衡研究，實(shí)質(zhì)就是應(yīng)用質(zhì)量守恒定律去分析參與水循環(huán)的各要素的數(shù)量關(guān)系。進(jìn)行均衡研究必須分析均衡的收入與支出項(xiàng)，列出均衡方程式。通過(guò)估算或測(cè)定均衡方程式的均衡項(xiàng)，分析均衡狀況或求算均衡方程式中某些未知項(xiàng)。天然狀態(tài)下總的水均衡：收入項(xiàng)（」）包括：大氣降水量（-】'）、地表水流入量（'［）、地下水流入量（■■-）＞水汽凝結(jié)量（-1）。支出項(xiàng)（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(chǔ)存量變化為-"即：

（X+S+旳+卜爲(wèi)+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(cè)壓水位變化值。據(jù)此，水均衡方程式可寫(xiě)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(xiàng)（」）包括：降水入滲補(bǔ)給量（山'），地表水入滲補(bǔ)給量（〔'），凝結(jié)水補(bǔ)給量（-「），上游斷面潛水流入量（’ll），下伏承壓含水層越流補(bǔ)給潛水水量（匕，如潛水向承壓水越流排泄則列入支出項(xiàng)）。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(chǔ)存量變化（圖10）。貝u： ―-丄」(9-5)地二％+I7+N+叫+Q)?(N+@+儲(chǔ)存變化量 收入項(xiàng) 支出項(xiàng)9—10潛水均衡示意圖（假定地下水流動(dòng)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(bǔ)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(bǔ)給的水量全部以徑流形式排泄。（二）人類(lèi)活動(dòng)影響下的潛水均衡(9—10)(9—10)儲(chǔ)存變化量收入項(xiàng) 支出項(xiàng)式中：二、一——分別為灌渠水及田面灌水入滲補(bǔ)給潛水的水量；-:――下伏承壓含水層越流補(bǔ)給潛水的水量；-:通過(guò)排水溝排走的潛水水量；其余符號(hào)意義同前。研究人類(lèi)活動(dòng)影響下的地下水均衡，可以幫助我們定量評(píng)價(jià)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的影響，預(yù)測(cè)其水量水質(zhì)變化趨勢(shì)，并提出調(diào)控地下水動(dòng)態(tài)使之朝向?qū)θ祟?lèi)有利的方向發(fā)展的措施。三、均衡計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題從地下水系統(tǒng)理論出發(fā)，進(jìn)行地下水均衡計(jì)算時(shí)，應(yīng)該以大的含水系統(tǒng)為均衡區(qū)，避免將統(tǒng)一的含水系統(tǒng)劃分為幾個(gè)計(jì)算區(qū)（或以行政區(qū)劃分），否則，系統(tǒng)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(huì)被重復(fù)計(jì)算。（1）大區(qū)域地下水均衡計(jì)算：以堆積平原含水系統(tǒng)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(gè)含水系統(tǒng)的水量均衡方程式：均］+務(wù)+%+如+^［-乙］+為+Q+%9-1112139-14

（9-14）二和「屬于堆積平原含水系統(tǒng)內(nèi)部成地下