地下水均衡
地下水的动态与均衡
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念 第2节 地下水动态 第3节 地下水均衡
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
一、动态（groungwater regime）
地下水旳各要素（水位、水量、水质、水温、流速、流 向等）在自然和人为原因旳综合影响下随时间作有规律旳 变化。
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
地形低旳地方，接近排泄区，不断得到地下水径流 补给，水位变化不明显。
第2节 地下水动态
（2）地质原因
岩性：长久缓慢影响。同一地方，同一雨季，细粒中旳水 位变化明显，粗粒中变化不明显。径流—排泄条件
包气带岩性、厚度对降水脉冲起滤波作用。包水带潜水储 存量为给水度（μ）与水位变幅（Δh）之积，给水度决定水 位旳变化；承压含水层因弹性给水度（贮水系数）比给水度 小1~3个数量级，承压水水位变化大。
第2节 地下水动态
气候还存在数年旳周期性波动。例如，周期为23年旳太阳黑子 变化，影响丰水期与干旱期旳交替，从而使地下水位呈同一周期 变化。
第2节 地下水动态
（2）水文原因
地表水体补给地下水而引 起地下水位抬升时，伴随远 离河流，水位变幅减小，发 生变化旳时间滞后。
河水对地下水动态旳影响 一般为数百米到数公里，在 此范围外，主要受气候原因 旳影响。
地下水均衡研究内容：拟定均衡区与均衡期、 拟定均衡方程式、
地下水均衡各收支计算、 均衡计算成果校核与分析
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
三、动态与均衡旳关系
地下水资源不同于其他矿产资源旳最主要区别，在于其 质和量总是随时间不断变化着。动态是均衡旳外部体现， 均衡是动态变化旳内部原因。
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
水文课后答案(整理版,理工用)
第五章 地下水概论1.什么是岩石的空隙性，自然界岩石的空隙有哪几种，各有什么特点，衡量指标是什么？答：（1）岩石的空隙性：构成地壳的岩石，无论是松散沉积物，还是坚硬的基岩，均存在着数量不等、大小不一、形状各异的空隙，没有空隙的岩石是不存在的。
（2）自然界岩石的空隙种类：松散岩石中的空隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙。
①孔隙：松散岩石是由大小不等的颗粒组成的，在颗粒或者颗粒集合体之间普遍存在着孔隙衡量孔隙多少的定量指标称孔隙率，可表示为%100⨯=V V n n式中 n —岩石的孔隙率；n V —岩石中孔隙的体积；V —岩石的总体积②裂隙：存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称为裂隙。
坚硬岩石中的裂隙的长度、宽度、数量、分布及连通性等各地差异很大，与孔隙相比具有明显的不均匀性。
衡量裂隙多少的定量指标称为裂隙率，可表为%100⨯=V V n T T式中 nT —岩石裂隙率；T V —岩石中裂隙体积；V —岩石总体积；裂隙率的测定多在岩石出露处或坑道中进行。
量的岩石露头的面积F ，逐一测量该面积上裂隙长度L 和平均宽度b ，便按下式计算其裂隙率：%100⨯⨯=F b L n T③溶隙：可溶岩中的各种裂隙，在水流长期溶蚀作用下形成的一种特殊空隙称为溶隙或溶穴。
衡量溶隙多少的定量指标称为岩溶率。
可用下式表示%100⨯=V V K K K式中 K k —岩石岩溶率；K V —岩石中溶隙或溶穴的体积；V —岩石总体积；2.岩石中存在哪些形式的水？各有什么？各有什么特点？答：岩石中存在组成岩石矿物中的矿物结合水和存在于岩石空隙中的水。
矿物结合水：沸石水、结晶水和结构水。
空隙水：结合水、重力水、毛细水、固态水和气态水。
4.何谓含水层、含水带、含水岩组、含水岩系，他们在生产实践中有何用途？答：含水层是指能透过又能给出重力水的岩层，提供充分的水资源。
7.什么是潜水？有哪些特征？答：（1）潜水是埋藏于地下第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水。
对平原区地下水水均衡关系计算公式的探讨
２ 解 决 方 法
２ １ 水 均 衡 计 算 关 系 式 ． 在平 原 区地下 水 水 均 衡 计算 过 程 中 ， 论 上 讲 ， 果 计 理 如
与均衡 期间地 下水 蓄变量 （ △ｗ） 关 。因此 ， 有 在实 际应 用 水 均 衡理 论时 ， 用 均衡 期 间 多年 平 均 地 下 水 总 补 给量 、 排 采 总 泄 量和 浅层地 下水 蓄变量 ＿ 之 间 的均衡 关 系进 行 计算 ， 一者 经 过 对水 均衡计 算公式 多年应 用情 况 看 ， 们 每 年在 编 写地 下 我 水 动态 报告 ， 并进 行 地 下 水水 均 衡 计 算 和 分 析 时 ， 计 算 公 对 式 产生 － 『疑惑 ， 关 系式在 表达 上 值得 商榷 。而相 对均 衡 差 其 计 算应该 出现 正 、 负百 分 数 ， 表示 为 负 、 均 衡 ， 以体 现 计 正 可 算 误差偏 向地 下水水 位相对 下降 或上升 。
算准 确无 误 ， 均衡 差 值 ｘ为 零 。地 下水 总 补 给量 （ ） 总 Ｑ 、
排泄 量 （ 总 和浅 层地下 水蓄 变量 三者 之 间的 均衡 关系 ， Ｑ 排） 应 满足 下列 式子 ： （） ３ Ｑ 一Ｑ 排＝ Ａ Ｗ 式子 可转换 成下列 式子 ：
Ｑ 补 Ｑ 排 △ｗ ＝ ０ｘ 总 一 总 ～ ＝０ （） ４
１ 问 题 的 提 出
１ １ 浅 层 地 下水 蓄 变 量 ．
平 原 区 浅 层 地 下 水 蓄 变 量 （△ｗ ） 指 均 衡 计 算 区 计 算 是 时 段 初 浅 层 地 下 水 储 存 量 与 计 算 时 段 末 浅 层 地 下 水 储 存 量
的差值 。由于地 下水水 位 的升或 降 ， 直接 导致 地 下水 储 存 量 的增 、 。所 以， 减 在平 原 区地下水 水均衡 计算 中 ， △ｗ 值 可 能 为 正值也 可能 为负值 。 １ ２ 平 原 区 地 下 水 均 衡 关 系 表 达 式 ．
第五章 地下水的动态与均衡
的周期性变化，其中季节性变化的影响最大。
地下水动态的 季节变化图。
地下水动态的多年变化图。
（2）水文因素的影响 水文因素的影响，主要是地表水体与地下水的关系。分三 种情况：
a.地表水长期补给地下水；
b.地表水长期排泄地下水（地下水补给地表水）； c.丰水期地表水补给地下水，枯水期地下水补给地表水。 当地表水补给地下水时，地下水位的升高并非在瞬间完成， 而是有一个过程，这种现象称为滞后现象。
（1）确定均衡区。 主要是确定均衡区的范围及边界的位置与性质。 均衡区最好是一个相对独立的地下水系统。均衡区的边界 最好是自然边界。
（2）确定均衡期
一般取一个水文年。 （3）通过野外测定或计算的方法，确定出地下水各均衡要素 值。 （4）通过区域水均衡计算，确定出区内地下水的均衡状态。
一、总的水均衡方程式 水量均衡方程的基本思想是：在均衡期中，均衡区内的 地下水的各种收（+）、支（－）项的代数和等于含水系统 （含水层）中储存水量的变化量。 设某一地区天然状态下： 收入项为A，包括：大气降水量（X）、地表水流入量 （Y1）、地下水流入量（W1）、水汽凝结量（Z1）；
二、地下水动态的形成机理 单次降雨脉冲产生的响应。
多次降雨脉冲的叠加，左图波峰与波峰的叠加，产生更 大的波峰；右图波峰与波谷的叠加产生平缓的复合波形。
Hale Waihona Puke 三、地下水动态的影响因素影响含水系统中地下水动态的因素有两大类，即
外部因素（环境因素）和内部因素。
外部因素包括：气候、水文及人为因素，如大气
降水、地表水、人工补给与排泄和地应力等。
（3）查明各含水层之间的水力联系时，可分层布置观测孔。 （4）需要获得边界地下水动态资料时，观测孔宜在边界有 代表性的地段布置 （5）查明污染源对水源地地下水的影响时，观测孔宜在连 接污染源和水源地的方向上布置。 （6）查明咸水与淡水分界面的动态特征（包括海水入侵）
探析水均衡法在地下水资源评价论证中的应用
探析水均衡法在地下水资源评价论证中的应用摘要：主要针对地下水资源的特点，及水资源评价的任务，阐述了水均衡法在计算地下水资源量方面的可靠性及可行性，明确了水均衡法的基本原理及计算步骤，探讨了水均衡法中的几个问题。
应用水均衡法，可以提高对地下水资源特性分析研究的深度。
关键词：地下水资源评价、水均衡法、原理中图分类号： p641 文献标识码： a 文章编号：引言目前，许多国家重视水资源评价，将水资源开发与管理相提并论, 并作为城市规划和项目建设的先决条件。
我国在水资源评价工作中，基于项目取水量合理性分析基础上就近取水论证十分常见，但是由于行业论证单位技术水平参差不齐,评价思路、方法不尽一致，造成工作范围、精度不规范、不统一,存在就事论事的做法, 而且后续工作未能按照国家勘察规范继续开展相应阶段的工作, 对工程实施和运行留下了隐患。
地下水资源评价主要包括水质评价和水量评价。
本文主要探讨水资源评价中的水量计算。
地下水量计算方法有很多,主要有区域均衡法、非稳定流计算法和相关分析法。
在区域性大面积开发利用浅层地下水的评价中,关于水量方面的评价,应用比较广泛的是水均衡法。
[1]1水资源评价1.1地下水资源特点众所周知, 地下水赋存于含水系统之中。
含水系统具有统一的水力联系, 在含水系统的任一部分加入( 补给) 或排出( 排泄)水量, 其影响均将波及整个含水系统。
主要特点有：1）可恢复性: 当人工开采地下水时, 在多数情况下, 井附近的地下水位下降，形成降落漏斗，地下水的储存量暂时减少,如果开采量不超过一定的限度, 只要停止开采, 水位又可逐渐恢复原位, 即地下水的储存量重新得到补充。
2）转化性：地下水与地表水在一定条件下可相互转化，转化的条件包括两者具有水力联系和压力差。
例如，当河水位高于有水力联系的地下水位时，河道水补给地下水; 相反，当沿岸地下水位高于河道位时，则地下水补给河水。
应当将相互联系的地下水和地表水看成一个完整的水文系统。
地下水均衡方程
地下水均衡方程研究内容均衡区均衡期均衡要素均衡方程根据质量守恒定律，在任何地区，任一时间段内，地下水系统中地下水(溶质、热)的流入量(补给量)与流出量(消耗量)之差，恒等于系统中水(溶质、热)储存量的变化量。
补给量-消耗量=储存量的变化量补给量>消耗量补给量<消耗量储存量增加，正均衡储存量减小，负均衡以水量均衡方程为例，地下水均衡方程一般由三部分组成，即均衡期内含水系统储存量的变化量、含水系统的补给量和消耗量。
补给量降水入渗量X f 地表水入渗量Y f 地表水的流入量Y1 地下径流流入量W1越流补给量E1 人工注入量R’1 凝结水量Z’1消耗量潜水的蒸发量Z’2地下径流流出量W2地表水的流出量Y2人工排泄量R’2开采量R2K泉水的溢出量W s越流流出量E2储存量的变化量潜水变化量μΔh承压水变化量μ*Δh降水量X地表水体储存量的变化量V包气带水储存量的变化量P()()22221111R W Z Y R W Z Y X P V h +++-++++=++∆μ总水量均衡方程的一般形式()()222111R Z W W R Z W Y X h S f f '+'++-'+'+++=∆μ潜水的水量均衡方程()()K R W E W h 2211+-+=∆*μ承压水的水量均衡方程对于不同条件的均衡区及同一均衡区的不同时间段，组成均衡方程的要素可能增加或减少。
在封闭北方岩溶泉域：雨季： 旱季： ()()2R W Y X h S f f +-+=∆μS W h -=∆μ。
地下水水量评价的依据和原则
地下水水量评价的依据和原则一、各种用水的需水量二、地下水资源分类（一）地下水资源的组成成分1、地下水均均的三项因素在天然状态或开采状态下，地下水的补给、储存及排泄在一定时期和一定地域内，这三种量之间的关系都必须适应于地下水的均衡要求。
为了充分说明以地下水均衡为基础的地下水次源分类，将地下水循环过程中的补给量、排泄量及储存量三种其本均衡因素的内容光焕发及关系阐述如下。
1）补给量：系指进入单元含水层即任一均衡地段中的地下水量。
它以单位时间流经过水断面（水平的或垂直的）的水体积来表示根据补给量形成的阶段，可分为天然补给量和开采补给量两种。
1）天然补给量：指在天然状态下进入单元含水层中的水量，其中包括侧向流入量和垂向渗入量。
前者指地表水或地下水在天然水位差的作用下，经上游边界流入单元含水层中的水量。
后者指大气降水，凝结水及地表水通过表层渗入，以及相邻含水层水在天然状态及水头差的作用下通过弱隔水层的越流及通过隔水层中的通道绕流等的补给量。
2）开采补充量（简称补充量）：系指在开采条件下除了抽了部分天然补给量之外，尚有能夺取过来的额外补给量及人工补给量。
开采时能否夺取这部分补充量，决定于开采地段的水文地质条件及开采强度等因素。
常见的开采补充量由下列来源组成：来自地表水的补充量：当引水工程靠近地表水体时，由于强烈抽水，迫使地下水位大幅度下降，这样就可改变或加强地表水的入渗条件，成为地下水开采的重要补充来源。
来自相邻含水层的补充量：当开采层与相邻含水层存在水力联系时，通过弱隔水层所获得的越流量及通过隔水层的通道（导水断层、隔水层的天窗等）所获得的补充量。
来自灌溉回渗水的补充量：在开采地段内，常分布有灌溉渠系或淹灌土地，由于开采造成灌溉水的入渗。
来自开采地段以外的补充量：开采过程中由于受水范围逐渐扩大以及地下分水岭的包移而增获的渗下量。
除此之外，也可以采取人工方法增加补充量。
2、排泄量：系指从单元含水层流出的地下水量，也以单位时间内排出的水体积表示。
地下水资源评价方法
地下水资源评价方法地下水资源评价的方法按其所依据的理论可分为：基于水量平衡原理的方法——水量平衡法。
基于数理统计原理的方法——相关分析法。
基于实际试验的方法——开采试验法。
基于地下水动力学原理的方法——解析法和数值法。
1．水量平衡法水量平衡法是根据水量平衡原理，建立水量平衡方程来进行地下水资源评价的方法。
评价水量的一切方法都离不开水量平衡原理，尤其是在较大范围之内进行区域性地下水资源评价时，往往因水文地质条件及其他影响因素的复杂性，当用其他方法评价都比较困难时，采用水量平衡法具有概念清楚、方法简单、适应性强等优点。
该方法是目前生产中应用最广泛的一种地下水资源评价方法。
1．1水平衡方程的建立对于一个平衡区（或水文地质单元）的含水层组来说，地下水在补给和消耗的动平衡发展过程中，任一时段补给量和消耗量之差，永远等于该时段(Qk-Qc)+(W-Qw)=±μFΔH/Δt式中：(Qk-Qc)——侧向补给量与排泄量之差，m/a(W-Qw)——垂向补给量与消耗量之差，m/aW=Pr+Qcf+Qe-Eg式中：Pr——降水人渗补给量，m/aQcf——渠系及田间灌溉入渗补给量，m/aQe ——越流补给量，m/aEg——潜水蒸发量，m/aQw——地下水开采量，m/aμFΔH/Δt ——单位时间2 33333333ΔH——时段ΔH =[(Qk-Qc)+(W-Qw)] t/μF计算的地下水位变幅ΔH为正，说明评价区的地下水储量增加，地下水位上升，称为正均衡；ΔH 为负，则地下水储量减少，地下水位下降，称为负均衡。
1．2地下水均衡计算地下水均衡计算是根据水量均衡原理，分析均衡区在一定时段内地下水的补、排量及地下水升降等要素，在此基础上评价地下水资源的盈亏。
1．2．1均衡区的划分由于均衡方程中的各项补给量和排泄量（均衡要素）是随区域水文地质条件不同而变化的，特别是当评价区面积较大时，其均衡要素差别更大，为了准确地计算均衡要素，应将评价区进行分区（划分均衡区）。
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• 正均衡：均衡期中均衡区的补给量大于排 泄量。否则为负均衡。 • 在自然条件下，地下水多年的补给和排泄是保 持平衡的，地下水也保持总的平衡。但是人为影 响往往会破坏地下水总的平衡从而导致一些不良 的后果。
7.4.3.2 地下水均衡方程式
• 通过建立地下水均衡方程式是为了定量 的描述一个地区水均衡的状况。
7.4.3
7.4.3.1 7.4.3.2 7.4.3.3
地下水均衡
地下水均衡的基本概念 地下水均衡方程式 潜水概 念
• 地下水的水量和盐分收支间的数量关系称为地 下水均衡。通常将水量均衡叫做水均衡，盐分 均衡叫做盐均衡。 • 地下水均衡是以地下水为研究对象，目的是为 了阐明某个地区在某一时间内，地下水水量的 收入与支出之间的数量关系。所以地下水均衡 研究是对某一地区或某一地段按一定时期进行 的。进行均衡研究的地区称为均衡区，它最好 是一个完整的地下水流域。进行均衡计算的时 间段称为均衡期。
X— 大气降水入渗补给量； W1—地下水流入量； Z1 —凝结水补给量； Y1 —地表水入渗补给量； Z2 —地下水蒸发量； W2—地下水流出量； Y2—地下水补给地表水量。 将ΔW代入上式，则地下水均衡方程式可写为：
X + W1 + Z1 + Y1 + Z2 + W2 + Y2 =M+ μΔH+ μeΔHe
• 注：以上各项均用均衡区单位面积上 的水柱高度表示，单位为mm 。
• 地下水均衡的基本方程式，有助于我们了 解一个地区地下水总的收支、分配情况， 但是在具体计算时还需要进一步分别对潜 水和承压水进行均衡计算。
• 在确定均衡区和均衡期后，分析确定均 衡期内可能的收入和支出项，然后根据 地下水均衡原理建立地下水均衡方程式。
• 地下水均衡的一般表达式：
ΔW = X + W1 + Z1 + Y1 + Z2 + W2 + Y2 式中：ΔW— 均衡期内水的储量变化量，其 中包括：包气带水的变化量（M）；潜水变 化量（μΔH）及承压水变化量（ μeΔHe ） 其中μ为潜水含水层的给水度，ΔH为均衡期 潜水位变化值；μe 为承压水含水层弹性给水 度，ΔHe为承压水测压水位变化值；