7地下水系统
地下水系统介绍
谢谢
流动：地 下水在地 下岩石和 土壤中流 动
储存：地 下水在地 下储存， 形成地下 水系统
01
02
03
04
地下水系统的演化
地下水系统 的形成：岩 石、土壤、 地下水等相 互作用的结 果
地下水系统 的演化：受 地质、气候、 人类活动等 因素的影响
地下水系统 的演化过程： 包括地下水 的形成、流 动、储存、 补给等过程
加强监管执法
地下水系统的保护措施
01
监测地下水位和水质：定期 监测地下水位和水质，了解 地下水系统的变化情况。
03
节约用水：提高用水效率， 减少地下水的消耗。
05
开展宣传教育：提高公众对 地下水保护的认识，增强保 护意识。
02
保护水源地：保护地下水加强法律法规建设：完善地 下水保护法律法规，加强执 法力度。
地下水系统是一个复杂的自然系统，包括 地下水储存、流动和补给等过程。
地下水系统的组成
含水层：储存地下水的岩石或土层 隔水层：阻止地下水流动的岩石或土层 地下水流：在地下水系统中流动的水 地下水补给区：地下水补给的来源区域 地下水排泄区：地下水排放的区域 地下水水质：地下水的化学成分和物理性质
地下水系统的分类
地下水评价结果分析
地下水水质评价：分析地 下水水质的优劣，包括物 理、化学、生物指标
地下水水量评价：分析地 下水水量的丰枯程度，包 括补给、径流、排泄等指 标
地下水水位评价：分析地 下水水位的动态变化，包 括水位、水位变化趋势等 指标
地下水环境影响评价：分 析地下水环境对生态环境、 人类活动等的影响，包括 污染、生态破坏等指标
地下水评价指标
水质指标：包括 pH值、硬度、 溶解氧、重金属 等
农田水利学：7章田间排水系统
100-150
400800
100-150
当末级排水沟间距为 100-150m时，设一级田 间排水沟（毛沟）。
斗渠
农 毛渠
渠
毛沟
输
农
水
沟
垄
沟
斗沟 300-500
当末级排水沟间距为3050m时，设二级田间排水 沟（毛沟、小沟）。
斗渠
农 毛渠
小
渠
毛沟 沟
输 30-50 水
农
垄
沟
沟
斗沟
300-500
二、地下暗管排水系统
一、竖井排水的作用
降低地下水位，防止土壤返盐 腾空地下库容用以除涝防渍 促进土壤脱盐和地下水淡化
1.0¡« 1.3 50¡« 70 35¡« 50 20¡« 35
1.3¡« 1.5 1.5¡« 1.8
70¡« 100 50¡« 70 100¡« 150 70¡« 100
35¡« 50 50¡« 70
1.8¡« 2.3
100¡« 150 70¡« 100
南方排水暗管埋深与间距经验数值
ÍÁ ÈÀ ÖÊ Øµ Éø ͸ ϵ ýÊ (m/d)
ɹ Ìì ÆÚ
Òª Çó µÄ Å Ë® ʱ¼ä (d) µØ Ï ˮ Âñ Éî (m)
3«¡ 5
0.9«¡ 1.2
3«¡ 6
0.8«¡ 1.0
3«¡ 5
0.4«¡ 0.6
二、农田对防渍排水的要求
作物产量不仅受一次降雨后地下水位上 升的影响，也与在一定季节超过某一地 下水位高度的持续时间有关。
田间排水
农作物对农田排水的要求
一、农田对除涝排水的要求 二、农田对防渍排水的要求 三、防止土壤盐碱化和改良盐碱土对 农田排水的要求 四、农业耕作条件对农田排水的要求
建筑内部排水系统分类
建筑内部排水系统分类建筑内部排水系统是建筑物中用于排放废水的重要设施，它能够有效地将废水从建筑物内部排出，保持室内空气清新、卫生环境健康。
根据不同的排水需求和建筑类型，建筑内部排水系统可以分为以下几种分类。
一、雨水排水系统雨水排水系统主要用于排放建筑物屋面和其他露天区域收集到的雨水。
它通常包括屋面排水系统、雨水管道系统和雨水收集设施。
屋面排水系统通过檐沟、排水管和雨水口将屋面上的雨水引导到雨水管道系统中，再通过雨水收集设施储存或排放。
二、生活污水排水系统生活污水排水系统主要用于排放建筑物内部产生的生活污水，如厨房、浴室和洗手间等地的废水。
它通常包括下水道系统、污水管道系统和污水处理设施。
下水道系统通过地面或墙体上的下水道网收集废水，然后通过污水管道系统将废水引导到污水处理设施进行处理。
三、工业废水排水系统工业废水排水系统主要用于排放建筑物内部产生的工业废水，如工厂、实验室和车间等地的废水。
工业废水的排水系统通常较为复杂，需要根据具体工艺和废水特性设计。
它通常包括工业废水收集设施、工业废水管道系统和废水处理设施。
四、地下排水系统地下排水系统主要用于排放建筑物地下空间的积水和地下水。
地下排水系统通常包括地下水泵站、地下水收集管道和地下水排放设施。
它可以有效地排除地下空间的积水，保持建筑物地基的稳定和干燥。
五、消防排水系统消防排水系统主要用于消防用水和灭火排水。
它通常包括消防水源供水系统、消防水管网络和消防水泵等设备。
消防排水系统的设计和施工需要符合消防规范和要求，以确保在火灾发生时能够提供足够的水源供应和排水能力。
六、特殊排水系统除了以上常见的排水系统外，建筑物还可能需要特殊排水系统来满足特殊需求。
例如，游泳池排水系统、地下车库排水系统、地台排水系统等。
这些特殊排水系统需要根据具体情况进行设计和施工，以确保其正常运行和排水效果。
建筑内部排水系统的分类可以根据排水需求、建筑类型和功能区域等因素来确定。
地下水科学概论[整理版]
![地下水科学概论[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/7e929dfeb9f67c1cfad6195f312b3169a451eac1.png)
《地下水科学概论》一、名词解释。
第一章地下水分布1. 地下水：分布在地下岩石空隙之中的水。
2．岩石的透水性：岩石允许水透过的能力。
3. 结合水：由于固体颗粒表面的静电作用而吸附在颗粒表面的水。
4. 重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运动的那部分水。
5. ★☆毛细水：在毛细力作用，水从地下水面沿着细小空隙上升到一定高度，形成一个毛细水带6. 支持毛细水：由于毛细力的作用，水从地下水面沿孔隙上升形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持。
7．孔角毛细水：在包气带中颗粒接点上由毛细力作用而保持的水。
8. 悬挂毛细水：由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层会保留与地下水面不相联接的毛细水。
9. 空隙：地下岩石中没有被固体颗粒或固体骨架占据的那一部分空间。
10. 多孔介质：含有空隙的固体称为多孔介质。
11．孔隙：松散的（或未固结的）固体颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。
12．★孔隙度：某一体积的孔隙介质中孔隙体积与孔隙介质体积之比。
13. ★孔隙比：某一体积孔隙介质内孔隙体积与固体颗粒体积之比14. 有效空隙：相互连通而能使水流通过的孔隙称为有效空隙。
15. 孔隙介质的比表面积：一定体积的孔隙介质中所有颗粒的总面积与孔隙介质体积之比。
16．裂隙：固结的和坚硬的岩石在成岩过程中或成岩以后由于受到一些地质营力的作用而形成的沿一定平面方向展布的空隙。
17．★裂隙率：一定体积的裂隙介质内裂隙的体积与裂隙介质体积之比。
18．溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。
19．岩溶率：一定体积的岩溶介质内溶穴的体积与岩溶介质体积之比。
20. ☆容水度：一定体积的多孔介质完全被水饱和时所能容纳的水的体积与多孔介质体积之比。
21．★持水度：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。
22. ★☆给水度：一定体积的饱水多孔介质在重力作用下释放出的水体积与多孔介质体积之比（重力给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积）。
地下室的排水系统
地下室的排水系统地下室是家庭或商业建筑中的重要部分，经常用作储藏室、洗衣房或泳池设施等。
然而，由于地下室位于地下水位以下，容易遭受排水问题的困扰。
因此，在地下室的设计和建设过程中，排水系统的合理规划和施工至关重要。
本文将探讨地下室的排水系统及其相关问题。
1. 排水系统的重要性地下室作为住宅或商业建筑的一部分，其排水系统的良好设计和运行对于保持地下室干燥和舒适具有至关重要的作用。
地下室的排水问题可能导致积水和潮湿，增加霉菌和细菌滋生的风险，甚至损坏建筑结构。
因此，在地下室设计中，专注于排水系统的便利性和效率是至关重要的。
2. 排水系统的组成部分地下室排水系统通常由以下几个组成部分构成：2.1 排水管道：排水管道是地下室排水系统的核心组成部分，用于收集和排放地下室中的污水和废水。
在设计排水管道时，要确保其具有足够的容量和流动速度，以有效地排除污水。
2.2 排水口：排水口是连接排水管道的出口，在地下室的地面上设置。
排水口通常包括下水道和地面排水系统。
下水道用于排放污水，而地面排水系统用于处理雨水和其他液体的排放。
2.3 排水泵：地下室排水系统可能需要使用排水泵来提升和排放水流。
排水泵可以将污水或废水抽送到排水管道的合适位置，以确保流动畅通。
3. 地下室排水系统的常见问题尽管地下室排水系统的规划和设计对于预防问题至关重要，但在实际使用过程中仍可能出现一些常见问题。
以下是一些常见的地下室排水系统问题：3.1 积水：由于排水管道堵塞或排水速度过慢，地下室可能会积水。
积水不仅给地下室使用带来不便，还可能对建筑结构造成损害。
3.2 水渗透：地下室的墙壁和地板可能会受到地表和地下水的渗透。
这种渗透可能导致地下室潮湿和发霉，对储存的物品和建筑结构造成损害。
3.3 排水泵故障：如果地下室需要排水泵来提升水流，排水泵的故障可能导致水流无法正常排放，从而引发地下室的排水问题。
4. 解决地下室排水系统问题的方法为解决地下室排水系统问题，可以采取以下措施：4.1 定期维护：定期检查和清洁地下室的排水系统，包括排水管道和排水口。
地下水地源热泵热源井及回灌设计-
5. 地下水供回水管的布置应考虑多口取水井、回灌井水量的平衡。地 下水供回水管宜采用聚乙烯管直埋敷设，供水管宜保温，在寒冷地 区，系统侧的循环水路应有防冻措施。输水管网设计、施工及验收 应符合现行国家标准《室外给水设计规范》（GB50013）及《给水排 水管道工程施工及验收规范》（GB50268）的规定。
比热容
C
(kJ/kg.K) 0.89 0.84 0.91 0.84 0.92 0.92
0.00517
0.84
35
大理石+花岗岩
－
36
花岗岩
－
37
石灰质凝灰岩
－
38
灰质页岩
－
2800 2700 1300 1760
3.45 3.14 0.52 0.83
0.00487 0.0046 0.00157 0.00166
4. 注入式回灌一般利用管井进行，采用的方式有自流回灌、真空回灌 和压力回灌。低水位和渗透性良好的含水层，宜采用利用自然重力 进行回灌的自流回灌方式或利用虹吸原理产生水头差的真空回灌方 式；低水位和渗透性好的含水层及高水位和渗透性差的含水层，宜 采用压力回灌方式
四、地下水回灌设计要求
5. 为保证回灌效果，泵井管的连接部位，泵管与井管之间均需做好密封。 真空回灌时必须先抽真空，保持回灌所需的真空度。
（GB50050）的要求，并结合地
6
全铁
≤0.3mg/L
7
CaO
≤200mg/L
下水地源热泵系统的工作特性及 地下水化学特点，地下水地源热
7第七章地下水的补给与排泄
第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。
7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。
2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。
降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。
降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。
渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。
因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。
入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量；D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。
单位：mm 水柱。
降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。
Xq x =α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。
定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。
地下水动力学课后思考题及其参考答案
(4)请指出地下岩溶集中发育的常见地质构造部位。
P131中。
第十四章 地下水资源
(1)对比以下概念
地下水补给资源、地下水储存资源。
P142。 (2)辨析论述：
只要地下水开采量小于天然补给量，就不会动用地下水的
储存资源？ 不正确。
(3)阐述地下水补给资源的性质和供水意义。
P143。
(4)如果采排地下水一段时间后，新增的补给量及减少的 天然排泄量与人工排泄量相等，含水层水量达到新的平衡 。在动态曲线上表现为：地下水水位在比原先低的位置上
1从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水其中分布有大气水地表水地下水以及生物体中的水这些水以自由态ho分子形式存在液态为主也呈现固态气态存在
绪 言 第一章 地球上的水及其循环
(1)从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中分布有大气水
、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以 自由态H2O分子
形式存在， 液态 为主，也呈现 固态 与 气态 存在。 详见P6。
第五章 包气带水的运动
(1)当潜水水位下降时，支持毛细水和悬挂毛细水的运动有什么不 同特点？ 当潜水水位下降时，支持毛细水随水位向下运动，悬挂毛细水
不运动。
(2)对于特定的均质包气带，其渗透系数随着岩石含水量的增加而 增大直至为一常数，所以渗透系数是含水量的函数；
正确。参见P48中。
(3)当细管毛细上升高度为10cm，粗管毛细上升高度为5cm时，A管、B管、C 管毛细上升高度各为多少？
P57中。
(5)在某含水层的局部地区，沿着地下水流动方向， SO42-浓度显著下 降，HCO3-浓度则显著升高，试回答以下问题： (A)什么样的化学作用可能引起这种变化？ 脱硫酸作用。 (B)与此相对应，地下水中其它水化学组分可能发生哪些变化？ SO42-浓度显著下降，H2S、HCO3-浓度则显著升高。 (6)试用掌握的地下水化学知识解释以下现象： (A)油田储层地下水中H2S，NH4+浓度较高，而SO42-，NO3-含量很低； 在还原环境，脱硫酸作用所致。 (B)灰岩地区的泉口出现钙华。 脱碳酸作用所致。 (7)阐明影响溶滤作用的影响因素和产生浓缩作用的条件。 参见P56。
地下水的补给、径流、排泄及家乡地下水开采特征
地下水的补给、径流、排泄及家乡地下水的开采特征摘要地下水作为整个地球上水循环的重要环节之一，通过含水层从外界获得补给，在含水层中向排泄区运动和赋予它们的岩石相互作用，最后向外界排泄而参与水循环。
地下水的不断交替、不断更新决定了含水层中水质水量在空间上和时间上的变化。
为了了解地下水的赋存变化规律，合理评价和开发水资源，就必须研究地下水的补给、排泄与径流特征。
关键词：补给径流排泄地下水一、地下水地补给含水层从外界获得水量的过程称作补给，主要来源有：大气降水、地表水、凝结水、其他含水层水和人工补给。
（1）大气降水大气降水是自然界水循环中最活跃的因素之一，也是千层地下水的主要补给来源。
降落到地面的水分一部分变为坡面径流或被蒸发而消失，仅有部分渗入地下。
这一部分到达潜水面以前，必须经过土颗粒、空气和水三相组成的包气带，因此入渗过程中水的运动是极其复杂的。
降水到达地面后，便向岩石土壤中渗入。
如果降雨前土层湿度不大，则入渗的水先形成结合水，大道最大结合水量后，剩余的水才形成毛细水继续下渗，只有当包气带中所有毛细水被充满后，才能形成重力水连续下渗。
（2）地表水对地下水的补给地表水体包括河流、湖泊、水库、海洋等，它们都在一定条件下成为地下水的补给。
地表水补给地下水必要条件有以下两方面：一方面，两者之间必须有水力联系；另一方面，地表水为必须高于地下水位。
如某些平原河流的下游，河流中上游的洪水期，河流出山后的山前地段和河流流经岩溶发育地段，一般满足上述条件，地表水补给地下水。
（3）凝结水的补给凝结作用指空气的饱和湿度随温度降低，温度降到一定程度，绝对湿度与饱和湿度相等。
温度继续下降，超过饱和湿度的那一部分水便凝结成液态水。
白天，大气和土壤均吸热，晚上，土壤散热快而大气散热慢，低温将带一定程度，土壤孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，土壤空气的绝对湿度随之降低，导致大气中水汽和土壤孔隙水汽压力不平衡，地面大气中水汽想土壤孔隙中运动并凝结，不断补充，不断凝结形成重力水下渗。
地下水动力特性与地下水文演化
地下水动力特性与地下水文演化地下水是地球上非常重要的自然资源之一，对于人类的生活和经济发展起着至关重要的作用。
地下水动力特性和地下水文演化是研究地下水系统的重要内容，涉及到水文地质、水文学和地下水工程等多个学科领域。
地下水动力特性指的是地下水在地下水系统中的流动形式和机理，它与地下水的水文特征、地下水含量和水头分布等因素密切相关。
地下水动力特性的研究可以帮助我们更好地了解地下水资源的分布和运移规律，为地下水的合理开发和管理提供科学依据。
地下水文演化是指地下水系统随时间发生的变化和演化过程。
地下水系统是一个相对封闭的水体运移系统，受到地表水和大气水的补给和排泄影响，以及地下水与固体岩石相互作用的调节。
地下水系统的演化过程包括地下水补给和排泄的变化、地下水质量变化、地下水位和水头的变化等。
地下水动力特性和地下水文演化之间存在着密切的相互关系。
地下水动力特性决定了地下水运移和分布的规律，进而影响着地下水的补给和排泄过程。
而地下水文演化则反过来又会影响地下水动力特性，如地下水位的升降会改变地下水压力梯度，进而影响地下水的流动速度和方向。
地下水动力特性和地下水文演化的研究可以为地下水资源的合理利用和保护提供参考。
例如，在地下水补给不足的地区，可以通过改变地下水动力特性来提高地下水的补给效率，如引导地表水向地下水系统进行补给，或者通过建设水库调节地表水的补给量。
在地下水资源受到污染的地区，可以通过研究地下水动力特性和地下水文演化来预测和控制地下水污染的扩散范围和速度。
实际上，地下水动力特性和地下水文演化是一种动态平衡过程。
在自然环境中，地下水系统会受到多种因素的影响而发生变化，如降雨量、温度、地下水补给源和排泄源的变化等。
而人类活动也对地下水系统产生了重大影响，如大规模的地下水开发和利用、地下水污染源的排放等。
因此，地下水动力特性和地下水文演化的研究需要考虑多个因素的综合影响，充分理解地下水系统的演化过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系统概念 地下水系统的概念 地下水含水系统 地下水流动系统
• 上世纪40 年代贝塔朗菲（Ludwig von ertalanffy）提出一般系统论以来，特别 是上世纪50—60 年代应用系统工程解决 复杂问题取得重大成功以来，系统思想 与系统方法广泛地渗透到各学科领域。 简单地说，系统思想与方法的核心是把 所研究的对象看作一个有机的整体（系 统），并从整体的角度去考察、分析与 处理事物。
• d.大规模开发利用地下水，不仅仅产生地下水资 源枯竭问题，同时也导致地面沉降、海水入侵、 淡水咸化、土壤沙化、植被衰退等一系列与地下 水有关的环境生态问题。 • e.如果说，水文地质学发展的前期集中于解决水 量问题，那末，到了近年，愈来愈多的问题。与 地下水水质有关了。海水入侵，咸水入侵淡含水 层，地下水污染的预测与防治，归根结底，都是 地下水中溶质运移的问题。与此相关，有人提出 了作为地下水流动单元的地下水流动系统。
• 后者可进一步划分为区域流动系统（Br），中间流动系 统（Bi）及局部流动系统（B1）。 • 从图上不难看出，在同一空间中，含水系统与流动系统 的边界是相互交叠的。两个流动系统（A、B）均穿越 了两个子含水系统（Ⅰ、Ⅱ）。同时，由于子含水系统 的边界是相对隔水的，或多或少限制了流线的穿越。在 流动系统B 中，除了区域流动系统的流线穿越两个子含 水系统外，局部流动系统与中间流动系统的发育均限于 上部的子含水系统Ⅰ之中。
• 随后，弗里泽（R．A．Freeze）及威瑟 斯庞（P．A．Witherspoon）利用数值 解得出了层状非均质介质中的地下水流 动系统（图）。迄今已出现了许多数值 模拟地下水流动的程序，可以应用模拟 二维及三维各向异性非均质介质中的稳 定与非稳定流动。
• 含水系统与流动系统都具有级次性，任一含水系 统或流动系统都可能包含不同级次的子系统。图 为一由隔水基底所限制的沉积盆地，构成一个含 水系统。由于其中存在一个比较连续的相对隔水 层，因此，此含水系统可划分为两个子含水系统 （Ⅰ、Ⅱ）。此沉积盆地中发育了两个流动系统 （A、B）。其中一个为简单的流动系统（A）， 另一为复杂的流动系统（B）。
• 回顾这一段历史，我们可以看到人们的视野在 不断开扩，开始只看到一口井附近小范围的含 水层，然后扩展到整个含水层，随后又扩展到 地下含水系统与地下水流动系统，最终才看到 了地下水系统只是其中一个组成部分的环境生 态系统。换句话说，人们心目中的研究对象， 人们所面对的是一个愈来愈复杂的系统。 • 地下水系统的概念正是在这一背景下形成的。
含水系统的整体性体现于它具有统一的水力联系：存在 于同一含水系统中的水是个统一的整体，在含水系统的 任一部分加入（接受补给）或排出（排泄）水量，其影 响均将波及整个含水系统。也就是说，含水系统作为一 个整体对外界的激励做出响应。因此，含水系统是一个 独立而统一的水均衡单元，可用于研究水量乃至盐量与 热量的均衡。含水系统的圈划，主要着眼于包含水的容 器〔柴崎达雄，1982〕，通常以隔水或相对隔水的岩层 作为系统边界，它的边界属地质零通量面（或准零通量 面），系统的边界是不变的。
• 系统方法：用系统思想去分析与研究问 题方法称之 • 系统思想：就是把研究对象看作一个有 机整体，从整体角度去考察、分析与处 理问题的方法 • 系统目标→系统整体功能的最优化（不 是局部的）
• 地下水系统概念的产生 • “地下水系统”这一术语的出现，一方面固然是系统思 想与方法渗入水文地质领域的结果，但是，更重要的， 则是水文地质学发展的必然产物〔张人权，1987〕。 • a.水文地质学发展的初期，主要是解决“找水”问题， 即确定井位以打出水量足够大的井。这种情况下，人们 只注意水井附近小范围内含水层的状况，认为以定流量 抽水时水井周边的地下水位很快达到稳定，不随时间而 变化。 • b.随着开采地下水规模的增长，长期以井群集中开采地 下水时，人们发现，采水井群使周边地下水下降，影响 波及的含水层范围随时间延续而不断扩展，地下水的运 动是非稳定的。这时，人们才开始明白，必须将整个含 水层而不是井附近含水层中的一个小范围作为研究对象。
• 尽管赫伯特克服了传统观点难以克服的矛盾，但是，人 们囿于成见，在长期中不予接受。直到1963 年，托特 （J．Tó th）才以独特的形式发展了赫伯特的理论。 • 在严格的假定条件下，托特利用解析解绘制了均质各向 同性潜水盆地中理论的地下水流动系统（图）。他得出 的结论出人意料：在均质各向同性潜水盆地中居然出现 了三个不同级次的流动系统，局部的、中间的及区域的。
• 对比这两张不同的河间地块流网向对立方向水平流 动的矛盾而只表示了河间地块的一侧。同时，为了避免 流线在排泄区上抬，有意使河谷谷底切穿隔水底板（实 际上这种情况是很少的例外），且保持较高的河水位。 实际上地下水总是由源到汇运动的，而源汇通常在含水 层的上方，源汇处地下水流线垂向分布是顺理成章的。
• 找水→含水层→含水层系统→地下水流 系统→地下水系统→环境生态系统 • 地下水系统与资源枯竭、地面沉降、海 水入侵、淡水咸化、土壤沙化、盐渍化、 植被退化等环境生态问题有关，成为后 者的一个子系统。 • 水位稳定→水位非稳定→越流
• 地下水系统的概念 • 地下水系统是地下水含水系统和地下水流动系 统的统一。 • 地下水含水系统是指由隔水层或相对隔水层圈 闭的、具有统一水力联系的含水岩系。地下水 流动系统是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。 • 我们之所以认为含水系统与流动系统都属于地 下水系统，是因为这两者虽然从不同角度出发， 但却都揭示了地下水赋存与运动的系统性（整 体性）。
• 结合两图 不难看出，控制含水系统发育的，主 要是地质结构（沉积、构造、地质发展史），而 控制地下水流动系统发育的，主要是水势场。在 天然条件下，自然地理因素（地形、水文、气候） 控制着势场，因而是控制流动系统的主要因素。
• 地下水含水系统 • 如前所述，含水系统的发育主要受到地质结构的 控制。因此，松散沉积物与坚硬基岩中的含水系 统有一系列不同的特征。
• 基岩构成的含水系统总是发育于一定的 地质构造之中，或是褶皱，或是断层， 更多的情况下两者兼而有之。固结良好 的基岩往往包含有厚而稳定的泥质岩层， 构成隔水层。有时，一个独立的含水层 就构成一个含水系统（图b）。
• 岩相变化导致隔水层尖灭（图c），或者导水断 层使若干含水层发生联系时（图d），则数个含 水层构成一个含水系统。显然，这种情况下，含 水系统各部分的水力联系是不同的。另一方面， 同一个含水层由于构造原因也可以构成一个以上 的含水系统（图b、c）。因此，只有通过各种途 径查明含水层之间的水力联系状况后，才可能正 确地圈划含水系统。
• 地下水流动系统的整体性体现于它具有统一的 水流，沿着水流方向，盐量、热量与水量发生 有规律的演变，呈现统一的时空有序结构。因 此，流动系统是研究水质（水温、水量）时空 演变的理想框架与工具。流动系统以流面为边 界，属于水力零通量面边界，边界是可变的。 从这个意义上说，与三维的含水系统不同，流 动系统是时空四维系统。
• 地下水流动系统
• 地下水流动系统概念的由来 • 如果说含水系统概念的产生比较顺理成章，那末，地下 水流动系统概念的出现就并非如此了。 • 长期以来，水文地质学中存在一个根深蒂固的概念：忽 视地下水的垂向运动，把地下水流动看作平面二维的运 动。许多教科书所画的河间地块流网就是如此（图a）。
• 第一个明确指出地下水存在垂直运动的是赫伯特 （M．K．Hubbert）。在1940 年发表的一篇论文中有 一张他自己绘制的河间地块流网图（图b）。他指出， 排泄区的流线是指向地下水面的，为上升水流；在补给 区，流线离开地下水面，呈下降水流；只有在两者之间 的过渡带，流线才是水平的。
• 环境对系统的作用也称之为激励，系统在接受激励后对 环境的反作用称之为响应（图）。
• 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。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。 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。因此，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。另方面，对系统结构的了解有助 于我们预测激励—响应关系。
• 流动系统在人为影响下会发生很大变化。下图表示与上图同一个 沉积盆地。在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。显然，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〔柴崎达雄， 1982〕。
• 不同的人对系统所下的定义各有侧重。目前国 内比较普遍接受的定义是： • 系统乃是“由相互作用和相互依赖的若干组成 部分结合而成的具有特定功能的整体”〔钱学 森等，1978〕。 • 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。 • 系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系 统的结构。因此，我们也可以将系统理解为 “有结构的集合”。
• 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。但是，在同一含 水系统中，各部分的水力联系程度有所不同。例如，山 前洪积平原多由粗颗粒的卵砾石构成，极少粘性土层， 水力联系较好。远离沉积物源区的冲积湖积平原，粘性 土层比例较大，水力联系减弱。并且，愈往深部，水流 途径愈长，需要穿越的粘性土层愈多，水力联系更为减 弱（图a）。
• 我们说含水系统是由隔水或相对隔水岩层圈闭的，并不 是说它的全部边界都是隔水或相对隔水的。除了极少数 构造封闭的含水系统（图e）以外，通常含水系统总有 某些向环境开放的边界，以接受补给与进行排泄。这种 开放边界不仅出现于表面，而且也存在于地下。例如， 不同地质结构的含水系统以透水边界邻接是常见的。虽 然这时相邻含水系统之间水力联系相当密切，但是由于 两者水的赋存与运动规律不同，仍然有必要区分为不同 的含水系统（图a、c）。 • 含水系统在概念上是含水层的扩大，因此，关于含水层 的许多概念均可应用于含水系统。下面我们将重点讨论 地下水流动系统。