地下水的动态与均衡
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。
水文地质学基础(1)
中国地质大学（北京）2002年硕士研究生入学考试试题试题名称：水文地质学基础试题代码：610一、名词解释（每题4分，共24分）持水度含水层上层滞水水力梯度地下水均衡岩溶水二、判断正误（正确打7，错误打x，每题2分，共10分）1．含水层的渗透系数越大，该含水层越富水。
（）2．并不是多孔介质的孔隙度越大给水度也越大。
（）3．多孔介质中的渗透速度不等于地下水的实际流速。
（）4．地下水位动态变化完全取决于地下水补给量的大小。
（）5．所有隔水层都是不含水和不透水的岩层。
（）三、以下图（a）、（b）、（c）所示为三个含水层剖面示意图，假定地下水为稳定运动，试绘出各自的地下水位（水头）曲线示意图。
（6分）四、简述地下水化学成分的主要形成作用。
（15分）五、简述地下水资源的特征。
（15分）六、试论述地下水开发利用过程中的问题。
（30分）//ZZ//Z/Z/Z/ZZZZ/ZZZZ/Z/////////ZZ/Z/ZZZ/Z试题三图（a）%%么«%;“*Hi用//////////,///////////////////////////////oo°01%。
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•…・・J・・・•**•*试题三图（b）中国地质大学（北京）2004年硕士研究生入学考试试题试题名称：水文地质学基础试题代码：415一、解释概念（每题5分，共30分）1．孔隙度2．承压水3．毛细水4．溶滤水5．溢流泉6．岩溶二、分析解释（每题10分，共50分）1．达西定律2．脱碳酸作用3．裂隙水的基本特点4．地下水系统5．地下水补给资源及其供水意义三、画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网（画出流线、等水头线，标出钻孔中的水位。
20分）四、阐述影响降雨入渗补给地下水的因素（25分）五、论述人类影响下地下水动态的基本类型并分析其成因（25分）中国地质大学（北京）2005年硕士研究生入学考试试题 试题名称：水文地质学基础试题代码：415一、请指出下列相关概念的区别（每题6分，共30分）1．孔隙度、孔隙比2．潜水、承压水3．蒸发、蒸腾4．溶滤作用、浓缩作用5．非均质性、各向异性二、填空（每题6分，共30分）1．含水层从外界获得补给的方式包括2. ___________________________________ 溶解了大量CO 2的地下水在温度或压弓时将发生脱碳酸作用。
地下水动态均衡研究方法
地下水动态均衡研究方法来源:地大热能2015-07-24地下水动态长期以，观测网的布置：动态观测网分区域性基本观测网和专门性观测网两种。
1、选择不同气候带中有代表性的各种水文地质单元，设置由泉、井、孔等观测点组成的观测肉。
2、以主干观测线控制各单元中的主要动态类型，按当地水文地质变化最大的方向布置观测线。
对次要的、有差异性的地段和特殊变化点上设辅助性观测点。
也常布置垂直地表水体的观测线。
3、观测肉应与均衡研究结合起来。
主要技术要求常用的观测点为钻孔和泉。
此外还有其它地下水、地表水或气象要素等的观测点。
观测孔结构取决于含水层性质、观测层数和内容。
如松散层应下过滤器，一孔观测多层则在求分层止水，孔径应保证能定置进各层测水位管。
孔深应保证观测到最低水位。
选泉点应考虑测流方便，并能安设测流装置。
有时还应建防污设施。
所有观测点应有水文地质特征、观测和利用等历史资料。
经常的观测项目有地下水水位，泉、自溢孔和生产井的流量，水温及水化学成分等。
必要时还需观测地表水及气象要素等。
观测频度取决于观测内容及要素变化快慢。
通常，水位、水温、流量每5日观测1次。
地表河和地下河流洪峰时期，可加密至每日两次。
同一水文地抩单元力求对和点同时观测，否则应在季节代表性日期内统一观测。
如区域过大，观测频度高，可免于统一观测。
地下水动态与均衡的研究来源:地大热能2015-07-24动态均衡研究还可以用来（1）确定含水层参数、补给强度、越流因素、边界性质及水力联系等；（2）评价地下水资源，尤其是对大区域和一些岩溶地区的水资源评价主要是用水均衡法；（3）预报水源地的水位、调整开采方案和管理制度，拟定新水源地的管理措施及对措施未来效果的评价；（4）土壤次生盐渍化及沼泽化，矿坑涌水水源及突水，水库廻水的浸没，地下水污染进行监测与预测，以及相应防治措施的拟定和效果评价；（5）预报地震。
影响地下水动态的因素地下水动态要以定义为地下水各要素随时间变化的规律。
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）
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。
水文地质学-教学大纲
《水文地质学》课程教学大纲【英文译名】：Hydrogeology【适用专业】：地质工程【学分数】：2【总学时数】：32【实践学数】：0一、本课程教学目的和课程性质《水文地质学》是地质工程专业的一门专业基础必修课。
本课程重点讲授有关的基本概念、地下水赋存、地下水运动的规律、地下水的补给与排泄、地下水的物化性质、地下水资源、地下水的生态环境特性。
介绍了地球上水的循环、包气带水的运动、化学成分成因类型、地下水的动态与均衡等。
本课程的目的是通过本课程的教学使学生系统掌握水文地质的基本知识，学会分析区域水文地质条件的问题的基本方法，能阅读和分析常用的水文地质图件和资料，为学生从事该方面的工作打下基础。
二、本课程的基本要求通过本课程所有教学环节，要求学生掌握水文地质的基本知识，熟悉水文地质工作的技术和方法，能阅读和分析常用的水文地质图件和资料。
通过以上学习，学生应具有分析、研究、解决水文地质实际问题的基本能力。
三、本课程与其他课程的关系本课程学习前必须学习《普通地质学》、《矿物学》、《岩石学》、《构造地质学》等课程。
后继课程有《土力学与基础工程》等课程。
四、课程内容注：“*”为重点部分；“＃”为难点部分。
绪论水文地质学概念；研究内容；地下水在国民经济中的作用；水文地质学的分支；水文地质学的发展简史及发展趋势。
第1章地下水概论1.1 地球上的水及其循环地球上水的分布；*水循环的概念、水文循环、地质循环；*影响水循环的因素；我国水文循环概况。
*1.2 地下水的赋存岩石的空隙性：孔隙、裂隙、溶穴的概念、表征和特征；岩石中水的存在形式：岩石骨架中的水、岩石孔隙中的水（重力水*、毛细水*）。
岩石的水理性质：容水性、持水性、给水性和透水性的概念、表征及相互间的关系；有效应力原理与岩土压密：有效应力原理*、地下水位变动引起的岩土压密；包气带与饱水带：概念；含水层、隔水层与弱透水层：理解掌握概念；地下水的分类：按埋藏条件分为：上层滞水、潜水、承压水；按介质条件分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
20年东大网考《水文地质学基础》试题库及参考答案
第十章地下水的动态与均衡
正均衡 在均衡区均衡期内，地下水物质(水量、盐量)和 能量的收入大于支出，表现为地下水储存量（盐储量)热 能增加的现象。当支出大于收入，地下水物质 (水储存量、 盐储量)和热储量减少称作负均衡。
第2节
影响地下水动态的因素
以大气降水入渗补给抬升潜水位为例说明。一个降雨-地下 水位抬升过程可以看做一个脉冲转换为波形的过程。包气 带的滤波作用，将一次降雨脉冲转换为一个时间滞后和时 间延迟的地下水位波峰。波峰与降雨相对应，波峰出现和 延续的时间，以及波峰形态，取决于包气带岩性及地下水 埋藏深度。 包气带厚度和地下水埋藏深度不同时，地下水位对一次降 雨的响应也是不同的。下图：1为渗透性良好的岩溶，2为 渗透性和厚度适中的砂岩，3为渗透性差且埋深大的粘土。 三者的时间滞后和时间延迟分别见图，很短的尖峰、中等 的波峰和很大的缓峰。若降雨为若干次，则形成叠合波峰。 地下水动态的本源因素是随时间变动的因素：包括气象因 素、水文因素、生物因素，地质营力因素和天文因素等。 地下水动态的转换因素主要是地质结构及水文地质条件。 如地质构造、含水层类型、岩性、地下水埋藏深度等。
第2节
影响地下水动态的因素
二、气象(气候)因素
降水量的时空分布影响潜水的补给，导致潜水含水 层水量增加，水位抬升。气温、湿度、风速等与其它条 件结合，影响着潜水的蒸发排泄，使潜水水量变少，水 位降低。
气象要素具有昼夜、季节与多年变化周期性。其中 季节变化最为显著且最有意义。
我国大部属季风气候。自南而北5至7月先后进入雨 季，降水显著增多，潜水位逐渐抬高并达峰值。雨季结 束，补给逐渐减少。由于径流及蒸发，潜水水位逐渐回 落，到翌年雨季前达谷值。全年潜水位动态呈单峰单谷。
09地下水的动态与均衡
第九章 地下水的动态与均衡
2）之于潜水 潜水储存量的变化是以给水度 μ 与水位变幅 Δh 的乘积 表示的。当储存量变化相同时，给水度愈小，水位变幅便 愈大。 岩溶化岩层渗透性良好但岩溶率（相当于给水度）则 较低，岩溶水的包气带缺乏滤波作用，较小的岩溶率则起 了放大地下水位对降水补给的响应，地下水位变幅在分水 岭地区可达数十米甚至更多。
第九章 地下水的动态与均衡
9.1 地下水动态与均衡的概念
一、地下水动态 地下水动态：在与环境相互作用下，含水层各要素（如水位，
水量、水化学成分、水温等）随时间的变化，称作地下水动态。 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。
原因：含水层（含水系统）水量、盐量，热量、能量收支不平
第九章 地下水的动态与均衡
钻孔采水，矿坑或渠道排除地下水后，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，天然排泄不再存在， 或数量减少（泉流量、泄流量减少，蒸发减弱），并可能增加 新的补给量（含水层由向河流排泄变成接受河流补给；原先潜 水埋深过浅降水入渗受限制的地段，因水位埋深加大而增加降 水入渗补给量）。 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，含水层水量收支达到新的平衡。在 动态曲线上表现为：地下水位在比原先低的位置上，以比原先 大的年变幅波动，而不持续下降。
第九章 地下水的动态与均衡
9.2 地下水动态
9.2.1 地下水动态的形成机制
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）将输入 信息变换后产生 的输出信息。
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v ∝i
v = k ⋅i
A
n=
A v A
A > Av Av Q＝vA ＝ vsAv ＝
v v < vs = n
二、非线性渗透定律 适用于Re>10，紊流：如地下水在大空隙、大裂隙、大溶 洞及取水建筑物附近的运动 谢才公式： v = k i 或 v = k⋅ w i 思姆莱公式：
v = k ⋅i
1 m
第五章 地下水的运动与动态
第一节 重力水运动的基本规律 碎散性 多孔介质 能量差
颗粒 水 渗流
三相体系
孔隙流体流动
水、气等在岩石孔隙中流动的现象
渗流
稳定流 非稳定流
水位 流速 流向
重力水运动的基本规律 一. 渗透试验与达西定律 1.渗透试验 1.渗透试验
试验前提： 试验前提：层流 试验装置： 试验装置：如图 试验条件: 试验条件: h1，A，L=const ， 量测变量: h2，V，T 量测变量: ， 试验结果 ∆h=h1-h2 Q=V/T 断面平均流速 v = 水力坡降 i =
1、三类径流流速的比较 、 A.①＞②＞③ ① B.①＞②，①＜③ ① C.①＞②，①＞③ ① D.①＜②，①＞③ ①
3.三类径流受到污染后 三类径流受到污染后 A.治理难度大的是① 治理难度大的是① 治理难度大的是 B.最容易治理的是③ 最容易治理的是③ 最容易治理的是 C.②的污染持续时间最长 ② D.②③污染持续时间比①长 ②③污染持续时间比 ②③污染持续时间比①
m的取值范围为1～2。m=1，Darcy公式；m=2，谢才公式
三.渗透系数的影响因素
k = f(土 特 、 体 性 粒 性 流 特 ）
粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构
饱和度（含气量） 饱和度（含气量） 水的动力粘滞系数
第2节 地下水的动态与均衡
一、
一、
一、
二、
蒸发—径流型
第三节、
∆h↑，Q↑ ， A↑，Q↑ ， L↑， Q↓ ，
∆h Q∝ A L
Q A
∆h L
v ∝i
一、渗透试验与达西定律 达西定律 渗透定 律
k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数 : 反映土的透水性能的比例系数， 物理意义：水力坡降 ＝ 物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度 单位： 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day 在层流状态的渗流中，渗透速度 与水力坡降 与水力坡降i 在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降 的一次方成正比，并与土的性质有关。 的一次方成正比，并与土的性质有关。 注意： 注意： v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度 ：假想渗流速度， vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度 实际平均渗流速度，
一、
二、Βιβλιοθήκη 2、若沿P垂线，三类径流同时受到相同程度的 、若沿 垂线 垂线， 一次性镉污染。 天内 天内， 一次性镉污染。10天内，在R地进行检测 地进行检测 A.②最先检测到水体被污染 ② B.①检测到了最大浓度的污染 ① C.任何时候②③污染程度都比①严重 任何时候②③污染程度都比① 任何时候②③污染程度都比 D.③中检测到了最大浓度的污染 ③