水文地质学课件 08地下水系统

8.1 系统概述

一、系统概念的提出

贝塔朗菲（1901～1972），美籍奥地利生物学家，一般系统论和理论生物学创始人，50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论，并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念，奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。

系统论系统概念系统思想与方法

系统思想与方法的核心是：把研究的对象看成一个有机整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。

二、系统相关概念（钱学森，1978年）

系统结构：系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。

系统方法认为：不应当将系统理解为各组成部分（要素）的简单集合，而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。

系统：由相互作用和相互依赖（联系）的若干组成部分结合而成的具有特定功能的（有机）整体。

系统的概念所涉及的范围广泛

1+1=21+1＞2

1+1＜2

三、系统与环境

一个系统不仅内部各个要素间存在相互作用，而且整个系统与外部环境之间还存在相互作用，即系统接受环境的物质、能量、信息的输入，然后经过系统变换，再向环境输出物质、能量和信息。即系统与环境间存在物质、能量、信息的交换。

环境对系统的作用称之为激励；系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应；环境的输入（激励）经过系统的变换而产生对环境的输出（响应），这种变换取决于系统的结构：

S=f（I，O）（INPUT，OUTPUT）

在此提供了一种研究系统内部结构的方法，即通过输入、输出研究系统内部结构

例如，在同等降水条件下，不同的地下水系统，由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同，泉流量的变化各不相同。

系统分析的意义：

一方面，分析系统输入与输出（激励与响应）的对应关系有助于了解系统结构；

另一方面，对系统结构的了解有助于我们预测“激励——响应”关系。

再如，在不同的地下水系统中，以同种方式开采同样数量的地下水，地下水位的降低也有很大差别。

H

S W ???=μ

四、系统分类

1）按照自然属性：自然系统和人工系统

2）按照物质属性：实体系统和概念系统

3）按照运动属性：静态系统和动态系统

4）按照系统与环境的关系：开放系统和封闭系统

5）按照反馈的属性

系统的输出反过来影响系统的输入时，称该系统具有“反馈”。增强原输入作用的反馈称为“正反馈”，削弱原输入作用的反馈称为“负反馈”。

8.2 地下水系统概念

它是系统思想与方法渗入水文地质领域的结果；它是水文地质学发展的必然产物；它是自然系统，是水循环系统的子系统，是环境系统的子系统

8.2.1 地下水系统概念的产生

1）初期（40~50年代左右及以前）：“找水”问题，人们仅注意对井周附近地下水的研究。

2）中期（60~70年代）：对地下水的研究开始转向整个含水层中的地下水。并以含水层作为研究单元。

3）后期（80~90年代）：井群集中开采，对地下水的影响往往波及到多个含水层及其间的弱透水层，出现了“含水系统”的概念。

后来，为了解决海水入侵以及地下水污染等一系列与溶质运移有关的问题，在此基础上又提出了“地下水流动系统”的概念。

8.2.2 地下水系统的概念

地下水含水系统：指由隔水或相对隔水岩层（弱透水层）圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。

地下水流动系统：指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。

含水系统

简单的流动系统（A ）区域流动系统（B r ）

中间流动系统（B i ）

局部流动系统（B 1）

流动系统ⅠⅡ复杂的流动系统（B ）级

次

性

1

B i

B 1B r B A

强烈人工开采影响下，整个含水系统中形成了一个新的流线指向盆地中心的辐辏式地下水流动系统，原来的流动系统全都消失了。由于强烈的势场变化，流线普遍穿越了相对隔水层。

不过，无论人为影响加强到什么程度，新的地下水

流动系统的发育范围，不会超越大的含水系统的边界。

8.3 地下水含水系统

松散沉积物构成的含水系统发育于近代构造沉降的堆积盆地之中，其边界通常为不透水的坚硬基岩。

含水系统内部一般不存在完全隔水的岩层，仅有粘土亚粘土层等构成的相对隔水层，并包含若干由相对隔水层分隔开的含水层。

含水层之间既可以通过“天窗”，也可以通过相对隔水层越流产生广泛的水力联系。