《水文地质基础》第10章 地下水动态与均衡

第10章 地下水的动态与均衡
有关的基本概念 地下水动态(Ground water regime) 地下水均衡(Ground water balance)
10.1 动态与均衡的概念
动态(Fluctuation)
地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、 流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规 律的变化。
10.4 天然条件下的地下水均衡
主要考虑水量平衡
水均衡方程式(hydrologic equation)
基本关系式： 储量变化 = 收入量 – 支出量 (△W) (A) (B)
对陆地上某均衡区在均衡期内， A包括： 大气降水量（X） 地表水的流入量(Y1) 地下水流入量（W1）(承压水的越流量和侧向补给量)
10.2 地下水动态的影响因素
地下水位降落漏斗剖面图
10.2 地下水动态的影响因素
地下水位与开采量关系图
10.2 地下水动态的影响因素
某库水位与钻孔水位过程线
10.2 地下水动态的影响因素
开采状态下地下水流态剖面示意图
10.2 地下水动态的影响因素
水文因素 地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，随
10.3 地下水动态类型
动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变 化明显，长期中地下水不断向盐化方向发展， 土壤易盐渍化。
入渗—径流型：分布在山前或山区。 降水与地表水入渗补给丰沛，径流强烈，蒸 发微弱。
动态特征：年水位变幅大而不均（由分水岭到 排泄区，年水位变幅由大而小）
10.3 地下水动态类型
10.4 天然条件下的地下水均衡
10.4 天然条件下的地下水均衡
凝结水量（Z1） B包括： 地表水流出量（Y2） 地下水流出量（W2） 蒸发量（Z2） △W包括： 地表水变化量（V）
10.4 天然条件下的地下水均衡
包气带水变化量（m） 潜水变化量（u△h） 承压水变化量（ue △h c）
其中： u为潜水层给水度 △h为均衡期潜水位变化 u2 地下水动态的影响因素
人为因素 疏干类型：集水建筑物采水、矿坑排水等 各种排水工程； 充水类型：渠道、水库、堤坝、灌溉系统 等。
10.3 地下水动态类型
根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型分 为： 入渗—蒸发型：分布在干旱、半干旱的平原或山 间盆地中心，地下水埋深浅。
补给：当地降水、地表水入渗 （但不丰沛） 径流：微弱 排泄：蒸发为主
10.2 地下水动态的影响因素
构造因素是一个区域性的影响因素。 地震、火山活动的影响是短期影响。在震前地下
水位急剧上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水 化学成分也会改变。 土壤和生植物因素 土壤的影响主要表现为对潜水化学成分的改变， 尤其是在土壤盐渍化和沼泽化两地区最为明显。 生植物的影响表现在两个方面： 植物蒸腾对潜水动态的影响； 细菌对地下水化学成分的影响。
水质季节变化不明显，长期中地下水不断趋 向淡化。 入渗—蒸发、径流型（弱径流型、过渡型） 分布在降水丰沛的湿润平原或盆地中心。 降水与地表水入渗补给丰沛，径流微弱，蒸 发也微弱，仍以径流排泄为主。 动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变 化不明显，长期中地下水不断向淡化方向发 展。
10.3 地下水动态类型
着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后。 河水对地下水动态的影响一般为数百米到数公里， 在此范围外，主要受气候因素的影响。
滨海地区海水潮汐的影响，使地下水位呈现一天 两次升降的周期性变化。 地质因素 岩性和岩相等的影响是长期缓慢的，它不反映在
地下水的周期性变化上。如岩性、给水度、渗透 系数的大小在短期内变化不大，但在较长期内可 以逐渐增大。
动态与均衡的关系
一般而言，动态是均衡的外部表现，均衡是动态变化 的内部原因。
10.1 动态与均衡的概念
研究意义 检验并完善前期水文地质研究结论 查明地下水资源数量、质量及其变化 为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施 提高依据 检验实施中的利用、防治方案及措施的合理 性
10.2 地下水动态的影响因素
地下水动态形成机制
将地下水动态理解为含水层（含水系统）对环境施加 的激励所产生的响应。
10.2 地下水动态的影响因素
也可理解为含水层（含水系统）对输入信息变换后产生 的输出信息。
10.2 地下水动态的影响因素
间断性的降水，通过含水层（含水系统）的变换，将 转换成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。
影响地下水动态的因素
输入信息因素：气象因素（降水、蒸发、气温、气压） 和水文因素
输出信息因素：地形、地质和人为因素 气象因素：是影响地下水动态的主要因素。
降水和蒸发：直接影响地下水的补给与蒸发，从 而影响地下水动态。
10.2 地下水动态的影响因素
气温：影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水 水温。
气压：对潜水位产生伪变化。 潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为
真变化；不反映潜水水量增减的潜水位变化，为 伪变化。
一般，气象要素具有昼夜、季节和多年性周 期变化，地下水动态也有相似的周期性变化。但 存在时间上的滞后现象。
10.2 地下水动态的影响因素
10.2 地下水动态的影响因素
10.2 地下水动态的影响因素
均衡(Balance)
利用质量守恒定律分析地下水在某地区某时段内水量、 热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。
水量的收支关系——水量平衡 盐量的收支关系——盐量平衡 热量的收支关系——热量平衡
10.1 动态与均衡的概念
收入＞支出 收入＜支出
正均衡 负均衡
均衡区：进行均衡计算所选定的地区。 均衡期：进行均衡计算的时间段。
径流-蒸发型 分布在干旱内陆盆地远山及盆地中心，地下水 埋深浅。 以侧向径流补给为主，蒸发方式排泄 动态特征： 年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显的季节性 变化，水土向盐化方向演变。
10.3 地下水动态类型
承压含水层的动态类型分为 渗入--径流型：
动态变化程度取决于构造开启程度：构造开启程 度越高，水交替越强烈，动态变化也越强烈，水质 的淡化趋势越明显。