地下水系統(tǒng)解析課件

FundamentalsofHydrogeology

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第八章地下水系統(tǒng)Groundwatersystem主講教師：張衛(wèi)民FundamentalsofHydrogeologyCompanyLogo

8.3地下水流動系統(tǒng)8.2地下水含水系統(tǒng)本章內(nèi)容

8.1地下水系統(tǒng)的概念CompanyLogowww.themegallery.28.1地下水系統(tǒng)的概念8.1.1系統(tǒng)與系統(tǒng)方法系統(tǒng)：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的整體相互作用，相互依賴→不是各部分的簡單堆集，而是有規(guī)則的組織。整體功能大于局部（要素）之和系統(tǒng)方法：用系統(tǒng)思想去分析與研究問題方法系統(tǒng)思想：就是把研究對象看作一個(gè)有機(jī)整體，從整體角度去考察、分析與處理問題的方法系統(tǒng)目標(biāo)：系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化（不是局部的）8.1地下水系統(tǒng)的概念8.1.1系統(tǒng)與系統(tǒng)方法38.1.2地下水系統(tǒng)1、地下水系統(tǒng)的概念（1）地下水含水系統(tǒng)

(Groundwateraquifersystem)

指有隔水或相對隔水邊界圈閉的，由含水層和相對隔水層組合而成的，內(nèi)部具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的賦存地下水的巖系。

（2）地下水流動系統(tǒng)

(Groundwaterflowsystem)

指從源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時(shí)空演變過程的地下水體。2、地下水含水系統(tǒng)與地下水流動系統(tǒng)的比較（1）兩者的共同點(diǎn):

突破了把單個(gè)含水層作為功能單元的傳統(tǒng)，力求以系統(tǒng)的觀點(diǎn)去考察、分析與處理地下水體潛水承壓含水層流網(wǎng)圖8.1.2地下水系統(tǒng)1、地下水系統(tǒng)的概念潛水承壓含水層4bca潛水與承壓含水層—含水系統(tǒng)bca潛水與承壓含水層—含水系統(tǒng)5河間地塊流網(wǎng)與流動系統(tǒng)河間地塊流網(wǎng)與流動系統(tǒng)6系統(tǒng)的比較（2）兩者的不同點(diǎn)

含水系統(tǒng)

流動系統(tǒng)

根本不同—一個(gè)是靜態(tài)系統(tǒng)一個(gè)是動態(tài)系統(tǒng)分類依據(jù)

根據(jù)儲水構(gòu)造劃分根據(jù)水的流動特征

—以介質(zhì)場為依據(jù)

—以滲流場為依據(jù)系統(tǒng)發(fā)育史

共同的地質(zhì)演變歷史共同的地下水演變歷史

—地層形成史一致

—水的補(bǔ)給徑流統(tǒng)一邊界性質(zhì)

相對隔水的地質(zhì)邊界流面(分水線)—水力邊界

—地質(zhì)上的零通量面

—水力零通量面系統(tǒng)的可變性邊界固定不變邊界可變,系統(tǒng)規(guī)模數(shù)目可變

—靜態(tài)的系統(tǒng)

—是可干擾的動態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)一性

統(tǒng)一的或潛在統(tǒng)一的水量、鹽量、熱量時(shí)空演變統(tǒng)一的

水力聯(lián)系水流

研究意義有助于從整體上研究有助于研究水量、水質(zhì)水量、鹽量、熱量的均衡水溫的時(shí)空演變系統(tǒng)的比較（2）兩者的不同點(diǎn)含水系統(tǒng)7系統(tǒng)的比較（3）兩者的關(guān)系：①通常，一個(gè)大的含水系統(tǒng)可以包含若干個(gè)流動系統(tǒng)②兩者都可以進(jìn)一步劃分為子系統(tǒng)——分層次的子系統(tǒng)是不同,但大的系統(tǒng)是一致的

③流動系統(tǒng)在人為因素影響下，規(guī)模、數(shù)量均會發(fā)生變化，但新的流動系統(tǒng)受到大的含水系統(tǒng)邊界的制約，通常不會越出大的含水系統(tǒng)邊界兩者的關(guān)系系統(tǒng)的比較（3）兩者的關(guān)系：兩者的關(guān)系8地下含水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)的關(guān)系III地下含水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)的關(guān)系III98.2地下水含水系統(tǒng)一、概念

指有隔水或相對隔水邊界圈閉的，由含水層和相對隔水層組合而成的，內(nèi)部具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的賦存地下水的巖系二、不同類型的含水系統(tǒng)松散沉積物含水系統(tǒng)基巖含水系統(tǒng)——裂隙巖層、巖溶地層8.2地下水含水系統(tǒng)一、概念108.3

地下水流動系統(tǒng)8.3.1地下水流動系統(tǒng)（GFS）概念

地下水流動系統(tǒng)——是指從源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時(shí)空演變過程的地下水體。早在1940年，赫伯特（Hubbert）正確地畫出了河間地塊流網(wǎng)。A圖只考慮水平運(yùn)動；B還考慮垂直運(yùn)動。河間地塊流網(wǎng)圖8.3地下水流動系統(tǒng)8.3.1地下水流動系統(tǒng)（GF11子系統(tǒng)邊界流線中間GFS區(qū)域GFS局部GFS子系統(tǒng)邊界流動系統(tǒng)劃分為：局部流動系統(tǒng)—？個(gè)；中間流動系統(tǒng)—？個(gè)；區(qū)域流動系統(tǒng)—？個(gè)；1963年，托特（J.Toth）用數(shù)學(xué)模型做了復(fù)雜盆地的潛水流網(wǎng)，并畫出理想盆地的流動系統(tǒng)模擬圖子系統(tǒng)邊界流線中間GFS區(qū)域GFS局部GFS子系統(tǒng)邊界流動系12GFS理論的兩個(gè)前提：（1）區(qū)域水力連續(xù)性從較長的時(shí)間尺度與較大的空間尺度來考察問題，大范圍內(nèi)的地下水存在著水力聯(lián)系→時(shí)間因素（2）控制地下水流動的是“勢”-地形，不是地質(zhì)條件從水力學(xué)角度看，地下水體的天然單元是地形盆地，而不是地質(zhì)盆地。驅(qū)動水流的勢來自區(qū)域地形高處，水從地形高處向地形低處運(yùn)動。GFS理論的兩個(gè)前提：（1）區(qū)域水力連續(xù)性138.3.2

GFS的水動力特征GFS的水動力特征

高勢區(qū)（勢源）—地形高處：地下水由上至下運(yùn)動

低勢區(qū)（勢匯）—地形低處：地下水由下向上運(yùn)動

垂向運(yùn)動中：由上至下，勢能除克服摩擦消耗部分能量外，勢能→壓能轉(zhuǎn)化；由下至上，部分儲存的壓能釋放轉(zhuǎn)化為勢能垂向運(yùn)動的存在：傳統(tǒng)的“承壓”現(xiàn)象在潛水中也可以出現(xiàn)。

流動方向的多樣性：由上至下，由下至上，水平運(yùn)動區(qū)域流動系統(tǒng)圖8.3.2GFS的水動力特征GFS的水動力特征區(qū)域流148.3.3

GFS的水化學(xué)特征GFS的水化學(xué)特征地下水流動系統(tǒng)的水動力特征決定了水化學(xué)特征在流動系統(tǒng)中，水質(zhì)取決于空間位置，其原因：①入滲水質(zhì)；②流程—流徑長度；③流速；④流動過程中物質(zhì)補(bǔ)充及遷移性；⑤流程中經(jīng)受的水化學(xué)作用局部：流程短，流速快（交替快），TDS低，水型簡單，氧化環(huán)境，溶濾作用。區(qū)域：流程長，流速慢（交替遲緩），TDS高，水型復(fù)雜，淺部氧化環(huán)境，深部還原環(huán)境，溶濾作用、脫硫酸作用，脫碳酸作用，陽離子交替吸附作用。存在垂直與水平分帶性

水化學(xué)積聚區(qū)→相匯處

，水動力圈閉帶，相背處→準(zhǔn)滯流帶，礦化度，水型與水學(xué)形成作用方式，與水動力特征相一致區(qū)域流動系統(tǒng)圖8.3.3GFS的水化學(xué)特征GFS的水化學(xué)特征區(qū)域流15局部：流程短，流速快（交替快），TDS低，水型簡單區(qū)域：流程長，流速慢（交替遲緩），TDS高，水型復(fù)雜垂直與水平分帶性地下水流動系統(tǒng)中的水質(zhì)演變局部：流程短，流速快（交替快），TDS低，水型簡單地下水流16區(qū)域地下水流動及其伴生標(biāo)志水化學(xué)積聚區(qū)→相匯處

，水動力圈閉帶;相背處→準(zhǔn)滯流帶ＨＣＯ4ＨＣＯ3ＳＯ４ＳＯ４ＣｌＣｌ區(qū)域地下水流動及其伴生標(biāo)志水化學(xué)積聚區(qū)→相匯處，水動力圈閉178.3.3

GFS的水溫特征GFS的水溫度特征

地溫分布曲線受水流作用影響排泄區(qū)，上升水流使地溫梯度變大補(bǔ)給區(qū)，下降水流使地溫梯度變小8.3.3GFS的水溫特征GFS的水溫度特征18地下水流動系統(tǒng)的總結(jié)地下水流動系統(tǒng)理論其實(shí)質(zhì)是以地下水流網(wǎng)為工具，以勢場介質(zhì)場的分析為基礎(chǔ)。將滲流場、水化學(xué)場、溫度場統(tǒng)一于新的地下水流動系統(tǒng)概念框架之中將傳統(tǒng)認(rèn)為互不相關(guān)的地下水各方面的表現(xiàn)聯(lián)系在一起，納入到一個(gè)有序的地下水空間與時(shí)間連續(xù)演變的結(jié)構(gòu)之中，有助于人們從整體上把握地下水質(zhì)與量特征、地下水系統(tǒng)與環(huán)境之間聯(lián)系

--→這一分析方法叫做地下水系統(tǒng)方法地下水流動系統(tǒng)圖

區(qū)域流動系統(tǒng)圖地下水流動系統(tǒng)