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
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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。
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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。
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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
9 八章地下水系统
第八章地下水系统一、系统的概念1.系统，按著名科学家钱学森的说法是：相互作用和相互依赖的若干部分结合而成的具有特定功能的整体。
如，一个完整健康的人就是一个极其复杂的系统，它由管呼吸的部分（呼吸分系统）、管血液循环的部分（循环分系统），管消化、运动、思维的等各部分组成，各个部分相互作用相互依赖，少哪一部分都不行，都不是一个完整的人。
人是一个完整的大系统，某一部分则是一个子系统，如消化系统。
各个部分相互配合，才能学习、工作、生活、生存，才具有特定的功能，才是一个完整的人。
地下水主要是由含水介质和流动的水组合而成，各种各样的含水介质和大、小规模不同的水流，通过一定的结构组合在一起，具备着补给—径流——排泄功能。
所以地下水以及含水介质、隔水地层等也构成一个系统，称为地下水系统。
不同的系统具有不同的特征，具有相对的独立性。
不然就分不出这个系统那个系统了。
但这种相对独立并非绝缘，它必然与外界发生联系，要接受环境物质、能量、信息，我们把这个过程叫做“输入”。
输入的物质、能量、信息，通过系统内部的转换处理，再向环境物质、能量、信息。
环境对系统的作用，是通过输入来完成的，这种环境对系统的输入作用也称为“激励”。
系统受到激励以后，由于它本身特有的结构、功能，会通过系统内部的变换以输出的形式作用于环境，这种系统对环境的作用称为“响应”。
环境对系统的输入（激励），经过系统的变换而产生对环境的输出（响应）。
变换是系统特定功能的体现，是对输入（激励）的应对，输出（响应）是系统变换的结果。
系统对环境激励的应对变换情况，取决于系统的结构。
所谓系统的结构，是指系统内部各要素之间相互联系的方式和相互作用的方式。
系统的结构不同，对相同的输入（激励）会产生不同的输出（响应）效果。
例如，两个在相同环境里生活、工作的人，其衣、食、住、行等情况相同，但也会由于构成这两人的结构不同，而对环境所产生的输出（响应）也会不一样。
再如，相同的气候条件，相同的降雨条件，在不同的地下水系统，由于其岩性、结构、构造、地貌、分布范围以及包气带特征等要素的不同，所产生的泉水流量、地下水水位变化各不一样。
地下室的地下水处理与排水系统设计
地下室的地下水处理与排水系统设计地下室是位于地面以下的房间或空间，由于其处于地下水位较高的位置，必须对地下水进行处理和排水系统的设计，以确保地下室的干燥和安全。
本文将介绍地下室的地下水处理和排水系统的设计原则、方法和技术。
1. 地下水处理原则地下室的地下水处理的首要目标是排除潜在的水患和保证地下室的干燥。
因此，地下水处理的原则如下：（1）排水设施的设置：应在地下室周围设置排水设施，如排水沟、排水井等。
排水沟应具备良好的排水能力，以便迅速将地下水引导到排水井或其他排水设施。
（2）防水措施：地下室的墙壁和地面应采取防水措施，预防地下水渗透。
常见的防水材料有聚合物防水涂料、防水卷材等。
（3）地下水位控制：地下室的地下水位应进行有效控制，以确保地下室内无积水或渗水。
通过排水井、水泵等设备，将地下水及时排出。
2. 地下水排水系统设计地下水排水系统的设计应考虑到地下室的类型、地下水位、地下水的流动方式等因素，并综合运用各种排水设施和技术。
（1）排水井的设置：根据地下室大小和地下水位高度，适当设置排水井。
排水井应建在地下室周围，并确保排水井的出口与有效排水系统相连。
（2）排水沟的布置：在地下室的四周设置排水沟，沟内应设置隔板，以防止杂物堵塞。
排水沟的底部应保持倾斜，以便于地下水流向排水井。
（3）水泵的运用：若地下室地下水位较高或者地下水流动缓慢，可设置水泵来主动排水。
水泵的选型应根据地下水位高度和排水量来确定。
（4）防水材料的选择：地下室的墙壁和地面应选用具有良好防水性能的材料，如聚合物防水涂料、防水卷材等。
3. 地下水处理技术为了更好地处理地下水，现代科技将多种地下水处理技术应用于地下室的设计。
（1）地下水收集系统：通过设置地下水收集系统，将地下水引导到地表，并进行进一步的净化和处理。
（2）地下水过滤系统：通过地下水过滤系统，去除地下水中的杂质、悬浮物和污染物质，提高地下水的质量。
（3）地下水分离系统：将地下水分离为强化水和废水，通过处理强化水，使其可供再利用。
《地下水系统》课件
人类活动如开采利用、污染排放等也会对地下水的数量和质量产生影响，导致地下水动态变化。
03
CHAPTER
地下水污染与防治
工业废水
农业污水
生活污水
固体废弃物
01
02
03
04
工业生产过程中产生的废水，如石油、化工、制药等行业的废水。
详细描述
VS
未来地下水系统研究的重点方向和技术创新
详细描述
未来地下水系统研究将更加注重跨学科的合作，利用地球物理学、水文学、环境科学等多学科的理论和方法，深入探究地下水系统的形成、演化、循环和演化机制。同时，随着遥感技术、数值模拟等技术的发展，将为地下水系统的监测、模拟和保护提供更加高效和准确的技术手段。
《地下水系统》ppt课件
目录
地下水系统概述地下水循环系统地下水污染与防治地下水资源管理与保护地下水系统研究展望
01
CHAPTER
地下水系统概述
总结词
地下水的定义、特性与分类
详细描述
地下水是指存在于地下岩层中的水，具有不透明、不易流动、分布广泛等特点。根据地下水的埋藏条件和特点，可以将其分为潜水和承压水两类。
总结词
地下水系统的组成、功能与特点
详细描述
地下水系统是由地下水及其赋存环境组成的复杂系统，包括含水层、隔水层、地下水流场等。地下水系统具有调节气候、保持生态平衡、提供人类饮用水源等功能，同时其流动和循环也影响着地表水的水质和水量。
地下水资源的分布、利用现状与问题
总结词
全球范围内，地下水资源分布不均，主要集中在北半球的中纬度地区。在许多国家和地区，地下水是重要的饮用水源和农业灌溉水源。然而，由于过度开采、污染等问题，许多地方的地下水资源面临枯竭和污染的风险。因此，合理利用和保护地下水资源已成为当前的重要任务。
第八章地下水系统与地下水径流
五、地下径流模数
输送到排泄区后，水分蒸发消耗，盐分就地积聚。长期循环，使补给 区的水土淡化离盐，排泄区地下水盐化，土壤发生盐渍化。
3）基岩地区：承压水属于渗入—径流型循环。 其地下水径流强度与构造的规模和构造的开启性有关。
赋存水的地质构造规模愈小，后期构造与侵蚀破坏愈强烈（构造 的开启性好），补给愈丰富，含水层透水性愈好，则径流愈强烈，水 的矿化度愈低。
4）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。
注意：含水系统虽然是由隔水或相对隔水岩层圈闭，但通常含水系 统总有某些向环境开放的边界，以接受补给与进行排泄。除极少数构 造封闭的含水系统。开放边界不仅出现于表面，而且也存在于地下。
不同类型的含水系统 1-基岩隔水层 2-基岩透水层 3-松散沉积物相对隔水层 4-松散沉积物透水层
1-隔水层 2-透水层 3-地下水位 4-等水头线 5-流线 6-地表水
2.径流系统 1）地下水的径流模式复杂多样：受地形控制的地下水水头分布在一个大的径流
系统中，可以发育多个层次不同的径流系统。
a.局部流动系统：由局部地形高差产生的浅而小的流动系统； b.大规模区域流动系统：由区域地势控制的深而大的流动系统； c.中间流动系统：规模介于上述两者之间的流动系统。
7.系统的激励和响应：环境对系统的作用称之为激励，系统在接受激励 后对环境的反作用称之为响应。
8.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： 1）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。 2）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。
第九章地下水流系统
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5
本章内容 地下水系统的概念 地下水含水系统 地下水流动系统 流动系统的物理模拟结果 Toth流动系统的新图解
9.1 地下水系统的概念
源于：系统论——上世纪四十年代由贝塔朗菲提 出，系统工程在解决复杂问题中取得了重大成功 （航天计划中的载人飞船，飞月计划等）。 地下水系统理论发展于20世纪80年代。 在荷兰召开了首届关于地下水系统的国际学术 讨论会（50个国家的200多名代表参加） 83年底荷兰水文地质学家Engelen来华进行 了讲座，“地下水系统”（河北水文所、北京水 文公司和地质大学联合举行）概念提出。 90年代起：在中国水文地质学界得以迅速广泛的 应用、研究与完善（地矿部陈梦熊院士、长春地 院的林学钰院士和地质大学地下水小组等）。
9.3.2 GFS的水动力特征
GFS的水动力特征 高势区（势源）—地形高处：地下水由上至下运动； 低势区（势汇）—地形低处：地下水由低向上运动。 垂向运动中： 由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→亚能 转化； 由下至上，部分储存的压能释放转化为势能； 垂向运动的存在：传统的“承压”现象在潜水中也可以出 现； 流动方向的多样性：由上至下，由下至上，水平运动。 流动特征的伴生现象——生态、环境的关系。
9.6 不同介质中的地下水流系统
3、裂隙水流系统 我国裂隙基岩很广，但是研究成果较少。这 是因为裂隙介质的不均匀性和非连续性导致的。 裂隙水流系统的特点： （1）浅部风化-卸荷裂隙带的局部水流系统； （2）中部构造裂隙带中间水流系统； （3）深部构造裂隙带的区域水流系统。 同时。氯离子含量也是局部系统低，中间系统略高， 区域系统高，还有TDS很高。
水文地质学课件 08地下水系统
8.1 系统概述一、系统概念的提出贝塔朗菲（1901～1972），美籍奥地利生物学家，一般系统论和理论生物学创始人，50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论，并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念，奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。
系统论系统概念系统思想与方法系统思想与方法的核心是：把研究的对象看成一个有机整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
二、系统相关概念（钱学森，1978年）系统结构：系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。
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：由相互作用和相互依赖（联系）的若干组成部分结合而成的具有特定功能的（有机）整体。
系统的概念所涉及的范围广泛1+1=21+1＞21+1＜2三、系统与环境一个系统不仅内部各个要素间存在相互作用，而且整个系统与外部环境之间还存在相互作用，即系统接受环境的物质、能量、信息的输入，然后经过系统变换，再向环境输出物质、能量和信息。
即系统与环境间存在物质、能量、信息的交换。
环境对系统的作用称之为激励；系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应；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：S=f（I，O）（INPUT，OUTPUT）在此提供了一种研究系统内部结构的方法，即通过输入、输出研究系统内部结构例如，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。
系统分析的意义：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；另一方面，对系统结构的了解有助于我们预测“激励——响应”关系。
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。
HS W ∆⋅⋅=μ四、系统分类1）按照自然属性：自然系统和人工系统2）按照物质属性：实体系统和概念系统3）按照运动属性：静态系统和动态系统4）按照系统与环境的关系：开放系统和封闭系统5）按照反馈的属性系统的输出反过来影响系统的输入时，称该系统具有“反馈”。
地下水系统的数值模拟研究
地下水系统的数值模拟研究近年来，随着城市化进程不断加快和人口增长的逐步加剧，地下水资源的开发利用也变得越来越重要。
然而，地下水的数量、品质和空间分布都受到地质、气候等多方面因素的影响，给其管理和利用带来了极大的挑战。
因此，建立地下水数字模型，深入研究地下水系统是非常重要的。
一、地下水数值模拟的意义和现状地下水数值模拟研究是指通过对地下水流动、输运、化学行为等过程进行数学建模和模拟，以预测和评估地下水资源的分布情况和变化趋势，指导地下水资源的合理开发、管理和保护。
地下水数值模拟可以提供与地下水相关的诸如水文循环、地表地下水联系、水资源调控等决策支持，做好保障和利用水资源的工作。
目前，国内外已经对地下水数值模拟开展研究多年，应用范围也十分广泛。
国内一些城市、地区已经将地下水模型应用于地下水资源开发规划和绩效评估，而国外地下水模型研究则更加成熟，应用领域也包括了陆地水文、地质学、土力学等技术领域，具有较高的应用价值和现实意义。
二、地下水数值模拟的主要方法与技术地下水数值模拟研究方法主要依赖于计算机仿真和实验研究。
两者不同的是，仿真是通过计算机数值分析地下水流动、输运、地下水化学等液体流体力学行为，而实验则是在实际环境中监测和记录地下水的物理化学参数并进行实时分析，从而得出各种地下水特性，如渗透性、毒性、温度等。
数值模拟必要的步骤：1.设计数学模型：需要将地下水系统分成空间块，建立相应的液体物理力学方程组。
2.模型参数的处理和确定：需要了解并确定涉及该地区的一些物理、化学参数，如渗透性、温度、水化学含量和地表地层结构等参数，以及地表地下水的特性。
3.选定模拟参数和计算方法：通常文件计算流密度和地表流速、影响其流体行为的参数，以及计算规模和方法。
4.数值计算、分析结果和模型修正：利用数值方法对地下水流动、转移、质量变化等进行数值模拟计算。
通过模拟进行结果分析并对模型进行修正。
三、常见的地下水数值模拟技术与流程总的来讲，地下水模拟有三种基本技术：格网式有限元模拟（FE）、边界元模拟（BEM）和拉格朗日模拟（LSM）。
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第十讲
地下水系统
OUTLINE
• 系统的概念简介 • 地下水系统的概念
– 产生 – 概念的形成 – 含水系统与流动系统
• 地下水含水系统 • 地下水流动系统
– 由来 – 流动系统
2018/10/28 2
系统概念简介
• 系统的思想和方法的本质是把研究对象看作一个有机的整体（即 系统），并从整体的角度去考察、分析和处理相关问题。 • 钱学森（1978）定义：系统是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。不应将系统理解为各组成要 素的简单集合，而应该理解为诸要素以一定的规则组织起来，并 共同行动的整体。系统内各要素相互联系和作用的方式称为系统 的结构。 • 系统与外界的相互作用：系统接受外界的物质、能量或其他信息 的输入，经过系统内部的相互作用与变换，再向外界释放物质、 能量或其他信息。外界环境对系统的作用称为激励，系统接受激 励后对环境的反应称为响应。响应的方式取决于系统内部的结构， 即系统内部各要素的相互作用。
– 发育于堆积盆地中的松散沉积物含水系统以不透水基岩为边界，内部 以粘性土层作为相对隔水层将系统分割为次一级的子系统。
– 系统内不同含水层之间通过天窗或越流发生水力联系。
– 同一系统内，各部分的水力联系的程度不同。
• 发育于基岩中含水系统
– 发育于一定的地质构造之中，一般系统内包含褶皱和/或断层。 – 有时一个含水层就构成一个独立的含水系统；或者一个含水层构成一 个以上的含水系统；或者由于导水断层的连通，几个含水层构成一个 含水系统。核心是看是否具有水力联系！
– 对比两张河间地块流网 图。
2018/10/28
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地下水流动系统
• 地下水流动系统概念由来
– 1963年Toth的工作：利用解 析解绘制了均匀各向同性潜 水盆地中理论上的地下水流 动系统，包含局部、中间和 区域的三个层级的流动系统。
•
地下水流动系统概念由来
– Freeze & Witherspoon 利用 数值模拟得出层状非均质中 地下水流动系统。
2018/10/28 4
地下水系统的概念
• 地下水系统的不同概念
– 地下水含水系统：即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：即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。 – 地下水系统既包含地下水含水系统，也包括地下水流动系统， 二者从不同的角度出发，去揭示地下水赋存与运动的系统性、 整体性。
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含水系统与流动系统的层级性及变化
• 含水系统与流动系统的层级性：
流动系统在人为 影响下会发生很 大变化，但不会 突破地质边界。
2018/10/28
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地下水含水系统
• 含水系统发育主要受地质结构控制，是不是属于一个系统要看含 水层/体之间存不存在水力联系。 • 发育于松散沉积物中含水系统
2018/10/28 3
地下水系统概念的产生
• 地下水系统概念的产生是水文地质学发展的必然。
– 早期“找水”的水文地质学，只关心水井周围小范围含水层 的情况，认为地下水取之不尽，地下水运动是稳定流； – 以井群大规模开采地下水时期，不得不以整个含水层作为研 究对象，认识到地下水运动属于非稳定流，但仍认为地下水 的运动仅仅限于含水层内部，即所谓“含水层思维”； – 当发现抽出的水量远远大于含水层所能供给的水量时，认识 到越流的存在，有了弱透水层的概念，此时的水文地质学才 将若干个含水层和其间的弱透水层合在一起看作一个整体、 一个单元，即一个系统。同时出现了“地下水资源”的概念。 – 地下水开采不仅会造成水资源的枯竭，还会引起一系列环境 生态问题，地下水系统是更高一级系统的一个子系统。
– 1980年Toth提出“重力穿层 流动”的概念。以及 Engelen分析地下水流动系 统的物理机制，建立了一套 用于解决水质问题的地下水 流动系统的概念和方法。
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地下水流动系统
• 地下水流动系统实质上是以地下水流网为工具，以势场 和介质场的分析为基础，将渗流场、化学场与温度场统 一于一个新的地下水流动系统概念的框架之中。这样就 将本来认为互不相关联的地下水各个方面的表现联系在 一起，纳入一个易于被理解和接受的地下水空间与时间 连续演变的有序结构之中，有助于人们从整体上把握地 下水各部分之间以及系统与环境之间相互联系的完整图 景（张人权，1990）。
2018/10/28
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地下水含水系统
• 松散沉积物中、基岩中的含水系统 • 含水系统一般不是封闭的，通常以某种方式向外界开放，或地表， 或地下不同含水系统的邻接。
2018/10/28
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地下水流动系统
• 地下水流动系统概念由来
– 传统水文地质学存在一 个根深蒂固的概念：地 下水不存在垂直运动， 把地下水运动看作平面 二维流。 – 1940年Hubbert 第一个 明确提出地下水存在垂 直运动。
• 统一水力联系？ Please thinking, imaging • 统一时空演变过程？Do you understand the expressions? • 什么是流面群？Do you know it较
• 两系统的共同之处： – 两者均摆脱了“含水层思维”，不再以含水层作为基本的功能单元和研究对 象。含水系统超越了单个含水层，而是将若干个具有水力联系的含水层、相 对隔水层组成的整体作为所研究的对象；流动系统突破了传统的地质边界的 制约，而将具有统一时空演变过程的地下水流作为研究的对象与实体。 – 无论含水系统，还是流动系统，都是具有层级的，任一个含水系统或流动系 统都可以包含不同层级的子系统，同时本身又是上一级系统的子系统。 • 两系统的不同之处： – 含水系统的整体性体现在系统内部具有统一的水力联系，含水系统的圈化主 要着眼于由隔水层或相对隔水层组成的含水“容器”，其边界属于或可看作 地质零通量边界，是不可变的。流动系统的整体性表现在具有统一的水流， 沿着水流，即流线的方向，系统内部发生有规律的变化，呈现统一的时空有 序结构。系统以流面为边界，流面属于水力零通量边界，但是可变的。 – 含水系统可看作是三维系统，流动系统属于四维系统。 – 控制含水系统的是地质构造；控制流动系统发育的是系统的势场。