地下水的動態(tài)與均衡(ppt 30頁).ppt

1、第九章 地下水動態(tài)與均衡,Groundwater Regime and Balance,本章內容,地下水動態(tài)與均衡的概念 9.1 地下水的動態(tài) 9.2 地下水的均衡,地下水動態(tài)與均衡的概念,地下水動態(tài)在與環(huán)境相互作用下，含水層各要素（如水位、水量、水化學成分、水溫等）隨時間的變化。 地下水要素之所以隨時間發(fā)生變動，是含水層（含水系統）水量、鹽量、熱量、能量收支不平衡的結果。 地下水均衡某一地段內地下水水量（鹽量、熱量、能量）的收支狀況。 地下水動態(tài)與均衡的分析，可以幫助我們查清地下水的補給與排泄，闡明其資源條件，確定含水層之間以及含水層與地表水體的關系。 動態(tài)與平衡是一個廣義的概念，各領域都存

2、在收支問題，本章著重研究方法和理論、以及應用。,9.1 地下水的動態(tài),含水層（含水系統）經常與環(huán)境發(fā)生物質、能量與信息的交換，時刻處于變化之中與時間有關 地下水動態(tài)是含水層（含水系統）對外部環(huán)境施加的激勵所產生的響應，也可理解為含水層（含水系統）將輸入信息變換后產生的輸出信息。,9.1.1 地下水動態(tài)的形成機制,下面以降雨（圖9-1）為例說明地下水動態(tài)的形成機制： 降水補給地下水系統水位上升(出現變化） 激勵脈沖式的降水 響應波狀信號的信息 同一時刻的降雨，在包氣帶中通過大小不同的空隙以不同速度下滲。 當運動最快的水滴到達地下水面時，地下水位開始上升，占比例最大的水量到達地下水面時，地下水位的

3、上升達到峰值，運動最慢的水滴到達地下水面以后，降水的影響便告結束。這樣，與一個降水脈沖相對應，作為響應的地下水位的抬升便表現為一個波形。,地下水水位對外界輸入（降水）響應的特點： （1）滯后和延遲現象；（2）有疊加現象 當相鄰的兩次或更多次降雨接近，各次降雨引起的地下水抬升的波形便會相互迭合。當各個波峰某種程度迭加時，會迭合成更高的波峰，地下水位會出現一個峰值。然而，實際情況下往往多是各個波形的波峰與波谷迭合，削峰填谷，構成平緩的復合波形。 因外界激勵（或輸入）而引起的系統響應（或輸出）的變化幅度是含水系統內部結構作用的結果: 某要素（水位）隨時間的變化程度用穩(wěn)定性來恒量 動態(tài)穩(wěn)定變化幅度小

4、動態(tài)不穩(wěn)定變化幅度大,9 .1 .2 影響地下水動態(tài)的因素,如果我們把地下水動態(tài)看作是含水層（含水系統）連續(xù)的信息輸出，就可將影響地下水動態(tài)的因素分為兩類: 一類是環(huán)境對含水層（含水系統）的信息輸入，如降水、地表水對地下水的補給，人工開采或補給地下水，地應力對地下水的影響等； 另一類則是變換輸入信息的因素，主要涉及賦存地下水的地質地形條件。,9.3.5 區(qū)域地下水均衡,從供水角度發(fā)出，可供長期開采利用的水量，便是含水系統從外界獲得的多年平均年補給量。 對于大的含水系統，除了統一求算補給量外，有時往往還需要分別求算含水系統各部分的補給量。此時應注意避免上、下游之間，潛水、承壓水之間，以及地表水與

5、地下水之間水量的重復計算。,如果簡單地將含水系統各部分均衡式中水量收入項累加，則顯然比整個系統的水量收入項多了W2及Qt兩項。分別求算的結果比統一求算偏大。 W 2、Q t都屬于堆積平原含水系統內部發(fā)生的水量轉換，而不是含水系統與外部之間發(fā)生的水量轉換。 進行大區(qū)域水均衡研究時，必須仔細查清上下游，潛水和承壓水，地表水與地下水之間的水量轉換關系，否則將導致水量重復計算，人為地夸大可開采利用的水量。 在開采條件下，含水系統內部及其與外界之間的水量轉換，將發(fā)生一系列變化（自學）。,9.2.3 人類活動影響下的地下水均衡,研究人類活動影響下的地下水均衡，可以幫助我們定量評價人類活動對地下水動態(tài)的影響

6、，預測其水量水質變化趨勢，并據此提出調控地下水動態(tài)使之朝向對人類有利的方向發(fā)展的措施。 某灌區(qū)潛水均衡方程式為： f 1 、f 2 分別為灌渠水及田面灌水入滲補給潛水的水量； Q t下伏承壓含水層越流補給潛水的水量； Q r通過排水溝排走的潛水水量； 以一個水文年為均衡期，經觀測計算，求得均衡方程式各項數值（單位為mm 水柱）:,據此得出以下結論： （1）潛水表現為正均衡，一年中潛水位上升620mm，增加潛水儲存量31mm（ 005）。長此以往，潛水蒸發(fā)量將不斷增加，會產生土壤鹽漬化。 （2）破壞原有地下水均衡，導致潛水位抬升的主要因素是灌溉水入滲，其中灌渠水入滲量占水量總收入的70，田面入滲

7、水量占21。 （3）現有排水設施的排水能力（年排水量為20mm）太低，不能有效地防止?jié)撍惶?（4）為防止土壤次生鹽漬化，必須采取以下措施：或減少灌水入滲（襯砌渠道、控制灌水量），或加大排水能力，或兩者兼施，以消除每年31mm 的潛水儲存量增加值。,9.2.4 地面沉降與地下水均衡,在對開采條件下的孔隙承壓含水系統進行地下水均衡計算時，如果不將地面沉降考慮進去，就會出現誤差王大純等，1981曹文炳，1983。 開采孔隙承壓水時，孔隙水壓力降低,有效應力增大，砂礫層及粘性土層都將壓密釋水，砂礫層的彈性給水度與粘性土的貯水系數都將變小。 若停止采水使測壓水位恢復，砂礫層可以基本上回彈到初始狀態(tài)

8、（彈性給水度恢復到初始值），但是粘性土層由于是塑性壓密，水位恢復后，基本仍保持已有的壓密狀態(tài)（貯水系數保持壓密后的值）。 因此，孔隙承壓含水系統開采后再使水位復原，并不意味著儲存水量全部恢復。由于粘性土壓密釋水量往往可占開采水量的百分之幾十，因此，忽略粘性土永久性釋水就會造成相當大的誤差。,本章小節(jié),地下水動態(tài)主要是含水系統水量（鹽量、熱量等）收支平衡狀況的綜合表現。 影響地下水動態(tài)的因素有：氣象、水文、地質條件和人類活動。 地下水均衡計算，應從系統角度遵循質量恒定律來分析。 地下水量均衡方程式的一般表達式為： 收入項支出項=系統儲存量的變化,思考題,1影響地下水動態(tài)的因素主要有哪幾類？ 2影響地下水動態(tài)的氣象因素主要有哪些？如何影響？ 3影響潛水動態(tài)的地質因素有哪些? 如何影響？ 4影響承壓水動態(tài)的地質因素有哪些? 如何影響？ 5寫出潛水均衡方程? 并說明各項的意義？ 6 一個地區(qū)，如何依據地下水動態(tài)變化特征，分析地下水均衡狀況（或特點）。 7 強烈人工開采條件下，抽水井的水有哪些來源？潛水均衡方程式將有哪些變化。 8說明地下水動態(tài)的形成機制? 9潛水動態(tài)分幾種類型? 各類型有何特征 ?,10人類活動是如何影響地下水動態(tài)的? 11研究地下水動態(tài)與均衡