水文地质学基础 第九章地下水的动态与均衡
水文地质学基础习题和答案
绪论(1)水文地质学的研究任务是什么?本课程是煤及煤层气工程专业/岩土工程专业的专业基础课，主要任务是为后续的专业课奠定有关现代水文地质学的基本概念、基本原理。
通过该课程的学习，学生能够正确理解水文地质学的基本概念、基本原理，在此基础上能够初步掌握解决工程/煤田水文地质问题的分析方法与思路。
(2)地下水的主要功能包括哪些?>>宝贵的资源①理想的供水水源②重要的矿水资源③良好的景观资源>>敏感的环境因子地下水是极其重要的环境因子。
地下水的变化往往会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化。
(人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果(图14-1)：①过量开发与排除地下水→地下水位下降→地表径流衰减、沼泽湿地消失、土地沙化、海(咸)水入侵等；②过量补充地下水→地下水位升高→土地的次生盐渍化、次生沼泽化；③地下水位下降导致的粘土压密释水释放有害离子、化肥农药的不适当使用、废弃物的无序排放──地下水恶化、污染；④地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平衡，而产生某种效应──地面沉降与地裂缝、岩溶塌陷、地下洞室垮塌或突水、滑坡、岩崩、水库诱发地震、渗透变形。
) >>活跃的地质营力地下水的主要作用是传递应力、传输热量和化学组分、侵蚀(化学溶蚀、机械磨蚀和冲蚀)等。
>>重要的信息载体由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息，如找矿、地震预报、地质演变。
(3)试分析我国地下水分区的特点，并探讨分区的自然背景。
略。
第一章地球上的水及其循环(1)试比较水文循环与地质循环。
水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环：>>水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转换、更替较快；水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显着，与人类的生存环境有直接的密切联系；水文循环是水文学与水文地质学研究的重点。
地下水动态与均衡
从右图中可以看 出什么规律？ 与地表水体的 距离有关
钱江潮一线潮水来到浙江盐官 (2005.9.21)
2010年10月10日下午13点04分，浙江省海宁市盐官观潮景区迎来了今年最高 的一线大潮。据海宁市水文站当日资料显示10月10日潮高2.78米，创今年潮水 高度之最。钱塘江潮水昨卷走6人。
气象（气候）因素
图9—3 潜水动态曲线 （1954—1955，北京） 虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量
9.1.2
地下水动态的影响因素
●气象因素特点Βιβλιοθήκη 大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素)
●气象因素表现
▲降水的年内昼夜变化 ▲降水的 多年变化（如11年周期） ▲降水的年内季节性变化 与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化 ▲昼夜变化 --在许多地区不明显 ▲多年变化 --研究周期长 ▲年内变化 --最突出
9.1.1
地下水动态的形成机制
▴地下水动态形成机制
地下水动态是含水层（含水系统）对环境施加的激励 所产生的响应。 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。 ▲下面以降水对地下水水位的影响加以说明
一次降雨通常持续数小时，我们不妨把它看作是发生于某一时刻 的“脉冲”。降雨入渗地面通过包气带下渗，达到地下水面后才能 使地下水位抬高。同一时刻的降雨，在包气带中通过不同大小的空 隙以不同速度下渗。当运动最快的水滴到达地下水面时，地下水位 开始上升，占比例最大的水量到达地下水面时，地下水位的上升达 到峰值，运动最慢的水滴到达地下水面时，降水的影响便告结束。 与一个降水脉冲相对应，作为响应的地下水位的抬升便表现为一 个波形。或者说，经过含水层的变换，一个脉冲信号变成了一个波 信号。与对应的脉冲相比较，波的出现有一个时间滞后，并持续某 一时间延迟。
地下水动态与均衡
第六章地下水动态与均衡的研究 (1)§1 地下水动态和均衡的概念 (1)§2 研究地下水动态与均衡的意义 (1)§3 地下水动态和均衡研究的基本任务 (2)§4 地下水动态与均衡的监测项目 (3)§5 地下水动态的成因类型及主要特征 (5)§6 地下水均衡要素的测定方法 (6)思考题 (14)第六章地下水动态与均衡的研究§1 地下水动态和均衡的概念地下水资源和其它矿产资源的最主要区别是，其量和质总是随着时间而不停地变化着。
所谓地下水动态即是指表征地下水数量与质量的各种要素（如水位、泉流量、开采量、溶质成分与含量、温度及其它物理特征等）随时间而变化的规律。
其变化规律可以是周期性的变化，也可以是趋势性的变化。
变化的周期可以是昼夜的（如月球引力导致的固体潮），也可以是季节性的或者是多年的。
其变化的速率，在天然状态下一般具较明显的周期性，或具极为缓慢的趋势性。
在人为因素（开采或排除）的影响下，其变化率可大大加强。
这种迅速的变化，可能对地下水本身和环境带来严重的后果。
地下水的质与量之所以变化，主要是由于水量和溶质成分在补充和消耗上的不平衡所造成的。
所谓地下水均衡，就是指这种在一定范围、一定时间内，地下水水量、溶质含量及热量等的补充（流入）与消耗（流出）量之间的数量关系。
当补充与消耗量相等时，地下水（量与质）处于均衡状态；当补充量小于消耗量时，地下水处于负均衡状态；当补充量大于消耗量时，地下水处于正均衡状态。
地下水在天然条件下，一般多处于均衡状态；在人为活动影响下，则可能出现负均衡或正均衡状态。
从上述概念可知，地下水动态与均衡之间存在着互为因果的紧密联系。
地下水均衡是导致动态变化的实质，即导致动态变化的原因；而地下水动态则是地下水均衡的外部表现，即动态变化的方向与幅度是由均衡的性质和数量所决定的。
§2 研究地下水动态与均衡的意义研究地下水动态与均衡，对于认识区域水文地质条件、水量和水质评价，以及水资源的合理开发与管理，都具有非常重要的意义。
F.考研-水文地质学基础（9-10）
F.考研-水文地质学基础（9-10）第九章地下水的动态与均衡一、名词解释1．地下水动态：在于环境相互作用下，含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温）随时间的变化。
2．地下水均衡：某一时间段内某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况。
3．均衡区：进行均衡计算所选定的区域。
4．均衡期：进行均衡计算的时间段。
5．正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的收入大于支出，表现为地下水储存量（或盐储量、热储量）增加。
6．负均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的支出大于收入，表现为地下水的储存量（或盐储量、热储量）减少。
二、填空1．表征地下水动态要素有水位、水量、水化学成分、水温。
2．地下水要素之所以随时间发生变动，是含水层水量、盐量、热量、能量收支不平衡的结果。
3．降水的数量及其时间分布，影响潜水的补给，从而使潜水含水层水量增加，水位抬升，水质变淡。
4．气温、湿度、风速等影响着潜水的蒸发，使潜水水量变少，水位降低，水质变咸。
5．潜水动态受季节影响明显，雨季补给量大于排泄量，潜水位上升，旱季补给量小于排泄量，潜水位下降。
6．潜水动态可分为蒸发型、径流型及弱径流型三种类型。
7．陆地上某一地区地下水量收入项一般包括大气降水量、地表水流入量、地下水流入量、水汽凝结量。
8．陆地上某一地区地下水量支出项一般包括表水流出量、地下水流出量、蒸发量。
三、判断题1．地下水位之所以随时间发生变动，是含水层水量收支不平衡的结果。
（√ ）2．潜水位的真变化是指并不反映潜水水量增减的潜水位变化。
（× ）3．潜水位的伪变化是指潜水位变动伴随着相应的潜水储存量的变化。
（× ）4．地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，随着远离河流，水位变幅增大。
（× ）5．当潜水的储存量变化相同时，给水度愈小，水位变幅便愈大。
（√ ）6．河水引起潜水位变动时，含水层的透水性愈好，厚度愈大，含水层的给水度愈小，则波及范围愈远。
第九章地下水的动态与均衡
①最有意义、最为显著的是季节变化。 如：我国东部季风气候区。 a.雨季：出现于春夏之交，降水显著增多，潜水位逐渐抬高，并达到 峰值； b.雨季结束：补给逐渐减少，潜水由于径流及蒸发排泄，水位逐渐回 落，到翌年雨季前，地下水位达到谷值。
潜水动态曲线 （1954-1955，北京） 1-气温 2-相对湿度 3-降水量 4-潜水位 5-蒸发量
二、水均衡方程式 1.陆地上某一地区天然状态下总的水均衡 1）收入项（ A ）： a.大气降水量（ X ）； b. 地表水流入量（ Y 1 ）； c. 地下水流入量（ W 1 ）； d. 水汽凝结量（ Z 1）。 2）支出项（ B ）： a. 地表水流出量（ Y 2 ）； b. 地下水流出量（W 2）； c. 蒸发量(Z 2)。 3）均衡期水的储存量变化量Δω。 则水均衡方程式为： A− B = Δω 即： （ X +Y 1 +W 1 + Z 1 ）− （Y 2 +W 2 + Z 2 ） = Δω 或： X − （Y 2 −Y 1） − （W 2 −W 1）− （Z 2 − Z 1） = Δω
3.径流型 1）地理位置：山区及山前。 2）水文地质特点：地形高差大，水位埋藏深，蒸发排泄可以忽略，以 径流排泄为主。 3）动态变化特征： a.年水位变幅大而不均匀：雨季入渗补给，各处水位抬升幅度不等。 接近排泄区的低地，水位上升幅度小；远离排泄点的高处（分水岭）， 水位上升幅度大； b.变幅不均匀，水力梯度增大导致径流排泄加强，补给停止后，径流排 泄使各处水位逐渐趋平。 c.水质季节变化不明显，长期中则不断趋于淡化。 4.弱径流型 1）地理位置：气候湿润的平原与盆地。 2）水文地质特点：地形切割微弱，潜水埋藏深度小，气候湿润，蒸发 排泄有限，以径流排泄为主，但径流微弱。 3） 动态变化特征：年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化不明 显，长期中向淡化方向发展。 5.承压水属于径流型：动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启 程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。
《水文地质学基础》教案
内蒙古工程学校公开课《水文地质学基础》教案班级：矿产地质2006－5班教师：王宁辉时间：二OO七年十一月二十六号第九章地下水动态与均衡教学课题：§9－2 地下水均衡教学目的：1、知识目标：（1）掌握水均衡方程式的书写方式。
（2）掌握水均衡方程式中各个符号的含义。
2、能力目标：（1）会写出不同条件、不同地段的天然状态下的水均衡方程式。
（2）会分析人为因素对地下水均衡的影响。
3、德育目标：（1）培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
（2）加强学生的逻辑思维能力。
（3）培养学生理论与实际联系分析问题的能力。
教学重点：掌握天然状态下水均衡方程式的书写，并能够准确的分析出人为因素对地下水均衡的影响。
教学难点：1、水均衡方程式的书写。
2、分析外界环境影响下地下水各要素（如水位、水温、水量等）的变化。
教具准备：多媒体课件教学方法：讲授法、图示法、启发联想法教学流程：（Ⅰ）回忆——使学生温故而知新：1、地下水均衡的概念：地下水均衡：某一时间段内某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况称作地下水均衡。
2、水均衡方程式：某一时段，某一地区各补给量与各消耗量的差值，等于均衡期始末水的储存量的变化量的关系式。
一般格式：补给量之和－消耗量之和＝变化量3、陆地上某一地区天然状态下的水均衡方程式：（X＋Y1＋W1＋Z1）－（Y2＋W2＋Z2）＝V＋m＋μ△h＋μ*△h′（Ⅱ）引入一、某一地区潜水均衡方程式的一般形式：【师】前面大家回忆了陆地上某一地区天然状态的水均衡方程式，研究范围较大，包括了地表水、包气带水、潜水与承压水，现在我们将范围缩小研究一下潜水的水量变化。
大家看图9－1（潜水均衡示意图），在均衡区范围内有两条河流，河中水的水位从白色三角下降到黑色三角，潜水水位发生了△h变化；我们假设是承压水通过其间的弱透水层给予潜水水量补给。
含水层弱透水层潜水位图9－1 潜水均衡示意图【提问】分析一下此图中潜水含水层的补给来源与排泄方式，写出潜水的水均衡方程式。
第九章地下水的动态与均衡
二、水均衡方程式:
收入项（A） 大气降水量X
A－B＝△W 1.天然状态下总的水均衡：
支出项（B） 地表水流出量Y2 储存量变化△W 地表水变化量V
地表水流入量Y1
地下水流入量W1 水汽凝结量Z1
地下水流出量W2
蒸发量Z2
包气带水变化量m
潜水变化量μ·△h 承压水变化量 e hc
☆水均衡方程式为： X - ( Y2－Y1 ) - ( W2-W1 ) - ( Z2-Z1 ) h ＝V + m + μ·△h + e c
四、人类活动影响下的地下水动态
人类活动通过增加新的补给来源或新的排泄去路，而改
变地下水的天然动态。
☆若新增加的补给量与新增加的排泄量相等，会出现新
的动态平衡。
☆若天然排泄量的减少量与新增加的补给量之和不足以
补偿人工排泄量时，将导致地下水位持续下降。
☆兴建水库、引水灌溉等，增加了地下水的补给来源，
导致地下水位上升。在干旱半干旱区会因强烈蒸发而出现土 壤盐渍化。
①查清地下水补给、排泄与资源条件、含水层之间、含水层与 地表水之间的关系；
②认识区域水文地质条件；
③进行水量和水质评价；
④地下水资源合理开发利用与保护管理，防止地下水危害； ⑤检验水文地质结论。
9.2 地下水动态
一、地下水动态的形成机制 间断性的降水， 通过含水层变换, 转化为连续的地 下水位或泉流量 变化。
3. 地质因素 ①包气带岩性与厚度：
控制着地下水位对降水的响应。
②含水层的岩性：
一般粗颗粒的K、μ值大，一定补给量变化所
引起的水位变化幅度小。 ③固体潮、地震等 可引起承压含水层的水位变动。
三、地下水天然动态类型
05142水文地质学基础试题库及参考答案.
01542水文地质学基础试题库及参考答案第一章地球上的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。
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9.1.1地下水动态的形成机制
与环境的相互作用 降水——补给地下水系统——水位上升 (出现变化）
激励—脉冲式的降水
响应—波状信号的信息
地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：
（1）滞后和延迟现象
（2）有叠加现象
地下水动态曲线
因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出）的 变化幅度是含水系统内部结构作用的结果
补给地下水：修建水库，利用地表水灌溉等，增加了新的补
给来源而使地下水位抬升，形成新的动态特征
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9.2
地下水均衡
均衡：某一时间段、某一地段内，地下水水量（热量、盐量、 能量）的收支状况，称为地下水均衡
动态是均衡的外部表现
9.2.1 地下水均衡方程式—质量守恒定律 均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的） 均衡期：均衡计算的时间段（一个水文年） 均衡方程式一般表达形式：A - B = Δ W
4、人为因素
包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等
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云南喷水洞地下暗河流量动态曲线
岩溶水动态
山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线
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9.1.3 地下水天然动态类型
潜水、承压水由于排泄方式、交替程度不同，两者 的动态特征也不同
地质因素是间接因素（相当于滤波器） 气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓
地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用
潜水位的埋深：埋深的大小，对滞后-延迟时和变幅的影响 包气带岩性：K起作用；
饱水带岩性：K和μ 均起作用
地下水所处的空间部位：补给区，排泄区。一般而言，补给 区较排泄区更不稳定 岩溶水动态特征
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9.1 地下水的动态 含水层（含水系统）经常与环境发生物质、能 量与信息的交换，时刻处于变化之中—与时间 有关 地下水动态的概念
在与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素（如 水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化， 称之。
与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化
昼夜变化 --在许多地区不明显 多年变化 --研究周期长 年内变化 --最突出
地下水动态曲线
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气象（气候）因素
图9—3 潜水动态曲线 （1954—1955，北京）
Company Logo 虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量
分区（三段均衡区）分析：
山前丘陵潜水 X W Z Q W f1 f1 1 u1 d 2 冲积平原潜水 X Y Q Z f2 f2 t u2 冲积平原承压水 W Q W 2 t 3 Y
1
用含水系统分析，水量均衡方程：
X f 1 X f 2 Y f 1 Y f 2 W1 Zu1 Zu2 Qd W3
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潜水均衡方程式
Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = μ Δ h 几种条件下的潜水均衡方程式：
干旱半干旱平原区：忽略Zc ；地形切割微弱Qd→0；
无越流时Qt =0；径流滞缓Wu1 Wu2 → 0；
9.1.2 地下水动态的影响因素
2、水文因素
指地表水体的变 化对地下水动态 的影响 从右图中可以看 出什么规律？
与地表水体的距 离有关
思考？与潜水比较, 受河水位影响承 压水动态有何特 点？
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9.1.2 地下水动态的影响因素
3、地质因素
Xf + Yf - Zu =μ Δ h
多年均衡条件下 ：μ Δ h =0，则
Xf + Yf = Zu
湿润山区潜水均衡
强烈开采区
Zu =0
Xf + Yf = Qd Xf + Yf = Q开
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9.2.2 区域地下水均衡
堆积平原含水系统地下水均衡模式图
2、承压水
径流型——
动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好， 水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。
3、人类活动影响下的地下水动态
采排地下水：取水或矿坑排除地下水后，人工采排成为地下
水新的排泄去路；含水层或含水系统原来的均衡遭到破坏，天 然排泄量的一部或全部转为人工排泄量，天然排泄消失或减少 （泉流量、泄流量减少，蒸发减弱），并可能增加新的补给量， 影响动态
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思考题
1、一个地区，如何依据地下水动态变化特征，分析地下水 均衡状况（或特点）。
2、强烈人工开采条件下，抽水井的水有哪些来源？潜水均 衡方程式将有哪些变化。
--第九章结束 Company Logo
思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些
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9.1.2 地下水动态的影响因素
1、气象（气候）因素—决定动态总轮廓
特点：大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素)
气象因素表现：
降水的年内季节性变化 降水的 多年变化（如11年周期） 降水的 昼夜变化
Fundamentals of Hydrogeoloy
水文地质学基础
第九章 地下水动态与均衡
中国地质大学 水文地质学基础教学组 佛鸣一鼎提供，更多地 大资料qq:605734043 内部资料及历年真题
中国地质大学水文地质学基础教学组 LOGO
本章内容
9.1 地下水的动态
9.2
地下水的均衡
大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果
2
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进行水均衡研究或计算，切忌避免重复；否则会人为地夸
本章小节
地下水动态主要是含水系统水量（盐量、热量等） 收支平衡状况的综合表现。
影响地下水动态的因素有：气象、水文、地质条 件和人类活动。Байду номын сангаас地下水均衡计算，应从系统角度遵循质量守恒定 律来分析。 地下水量均衡方程式的一般表达式为： 收入项 — 支出项 = 系统储存量的变化
某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量 动态稳定——变化幅度小
动态不稳定——变化幅度大
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降水补给引起地下水位响应——滞后-延迟-叠加
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河北饶阳地区地下水位动态曲线
1、潜水的动态类型——三种类型
蒸发型——
主要出现在干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆 地。
径流型——
广泛分布于山区及山前
弱径流型——
气候湿润的平原与盆地，蒸发排泄有限，径流排泄为 主，但径流微弱。
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9.1.3 地下水天然动态类型
山前丘陵潜水
W Z Q W f1 f1 1 u1 d 2 冲积平原潜水 X Y Q Z f2 f2 t u2 冲积平原承压水 W Q W 2 t 3 X Y
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堆积平原含水系统地下水均衡模式分析
A——收入项； B——支出项； Δ W——均衡时段内，均衡区的水量变化量
潜水均衡
均衡结果（表现）：正均衡或负均衡
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地下水均衡图示
潜水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = μ Δ h