表1地球浅部层圈水的分布课件

五五五1本本 章章 内内 容：容：地下水动态与均衡的概念地下水动态与均衡的概念地下水动态地下水动态地下水均衡地下水均衡本 章 内 容：地下水动态与均衡的概念2第一节第一节 地下水动态与均衡的概念地下水动态与均衡的概念第一节 地下水动态与均衡的概念3含水系统含水系统始终始终与环境与环境发生发生物物质质、能量能量、信信息息的交换，时的交换，时刻处于变化之刻处于变化之中。中。含水系统始终与环境发生物质、能量、信息的交换，时刻处于变化之4地下水动态的概念：地下水动态的概念：在与环境相互作用下在与环境相互作用下,含水层含水层各要素各要素(水位、水量、水化学成分、水温水位、水量、水化学成分、水温等等)随时间的变化随时间的变化,称作称作地下水动态地下水动态。地下水动态的概念：5地下水要素随时间发生变动的原因：地下水要素随时间发生变动的原因：含水层含水层(含水系统含水系统)水量、盐量、热量、水量、盐量、热量、能量能量收支不平衡的结果收支不平衡的结果。例如：例如：当含水层的当含水层的补给水量大于排泄水量时补给水量大于排泄水量时,储存水量增加储存水量增加,地下地下水位上升水位上升；当当补给量小于排泄量时补给量小于排泄量时,储存水量减少储存水量减少,水位水位下降下降。盐量、热量、能量的收支不平衡盐量、热量、能量的收支不平衡,会会使地下水使地下水水质、水温或水位发生相应变化水质、水温或水位发生相应变化。地下水要素随时间发生变动的原因：6地下水位的变化反映了地下水所具有的势能的变地下水位的变化反映了地下水所具有的势能的变化。而地下水势能变化可以由于获得水量补给储化。而地下水势能变化可以由于获得水量补给储存水量增加引起存水量增加引起,也可以与水量增减无关。也可以与水量增减无关。例如：例如：当含水层受到地应力作用当含水层受到地应力作用,赋存地下赋存地下水的含水介质受到压应力并将其传递到地下水上水的含水介质受到压应力并将其传递到地下水上时时,地下水位也会上升；地下水位也会上升；后一种情况下地下水位虽有上升但并不意味后一种情况下地下水位虽有上升但并不意味着其水量增加。着其水量增加。地下水位的变化反映了地下水所具有的势能的变化。而地下水势能变7地下水均衡的概念：地下水均衡的概念：某一某一时段时段内某一内某一地段地段内地下水水量内地下水水量(盐量、热量、能量盐量、热量、能量)的的收支状况收支状况称作地下水均衡。称作地下水均衡。地下水动态反映了地下水要素随时地下水动态反映了地下水要素随时间变化的状况。间变化的状况。地下水动态提供关于含水层或含水地下水动态提供关于含水层或含水系统的不同时刻的系列化信息。系统的不同时刻的系列化信息。地下水均衡的概念：8地下水动态与地下水均衡间的关系：地下水动态与地下水均衡间的关系：动态动态是均衡的是均衡的外部表现外部表现；均衡均衡是动态的是动态的内在根源内在根源。地下水动态与地下水均衡间的关系：9研究意义：研究意义：查清地下水的补、排；查清地下水的补、排；阐明其资源条件；阐明其资源条件；确定含水层间、含水层与地表水体的关系。确定含水层间、含水层与地表水体的关系。研究意义：10地下水动态的形成机制地下水动态的形成机制影响地下水动态的因素影响地下水动态的因素地下水天然动态类型地下水天然动态类型人类活动影响下的地下水动态人类活动影响下的地下水动态 第二节第二节 地下水动态地下水动态地下水动态的形成机制 第二节 地下水动态11一、地下水动态的形成机制一、地下水动态的形成机制形成机制的理解：形成机制的理解：地下水动态是地下水动态是含水层含水层(含水系统含水系统)对环境对环境施加的施加的激励所产生的响应激励所产生的响应；地下水动态是含水层地下水动态是含水层(含水系统含水系统)将输入信息变将输入信息变换后换后产生的输出信息产生的输出信息。一、地下水动态的形成机制12脉冲脉冲降雨降雨含水系统含水系统系统系统响应响应地下水随时间的变化地下水随时间的变化脉冲降雨含水系统系统响应地下水随时间的变化13实例分析：实例分析：分析降雨对地下水位的影响分析降雨对地下水位的影响一次降雨一次降雨：通常持续数小时到数天，把它看作是：通常持续数小时到数天，把它看作是发生于某一时刻的发生于某一时刻的“脉冲脉冲”。同一时刻的降雨同一时刻的降雨,在包气带中通过大小在包气带中通过大小不同的空隙以不同速度下渗。不同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，水当运动最快的水滴到达地下水面时，水位开始上升，占比例最大的水量到达地下水面时，位开始上升，占比例最大的水量到达地下水面时，水位的上升达到峰值；运动最慢的水滴到达地下水水位的上升达到峰值；运动最慢的水滴到达地下水面后面后,降水的影响结束。降水的影响结束。实例分析：分析降雨对地下水位的影响14 与一个降水与一个降水脉冲脉冲相相对应对应,作为响应作为响应的地下的地下水位的抬升表现为一个水位的抬升表现为一个波形波形。或说。或说,经过含水经过含水层层(含水系统）的变换含水系统）的变换,一个一个脉冲信号脉冲信号变成了一变成了一个个波信号波信号。与对应的脉冲相比与对应的脉冲相比较较,波的出现有一个时波的出现有一个时间滞后间滞后a,a,并持续某一时并持续某一时间延迟间延迟b b（图）。（图）。与一个降水脉冲相对应,作为响应的地下水位的抬升表现15多次降雨：多次降雨：当相邻的两当相邻的两次或多次降雨接近，各次或多次降雨接近，各次降雨引起的地下水抬次降雨引起的地下水抬升的升的波形相互迭合波形相互迭合。当各个波峰当各个波峰迭加时迭加时,会迭合成更高会迭合成更高的波峰（图的波峰（图a a、b b、c),c),地下水位会地下水位会出现一个峰出现一个峰值值。多次降雨：16 实际情况下，实际情况下，多是各个波形的多是各个波形的波峰与波谷迭合波峰与波谷迭合,削峰填谷削峰填谷,构成平构成平缓的复合波形缓的复合波形（图（图d d、e e、f)f)。实际情况下，多是各个波形的波峰与波谷迭合,削峰17降水对泉流量的影响降水对泉流量的影响：一次降雨使泉水量出现一个波形的增一次降雨使泉水量出现一个波形的增加，若干次降雨所引起的波形相迭合，削峰填谷加，若干次降雨所引起的波形相迭合，削峰填谷的结果使泉流量远较降水变化为稳定。的结果使泉流量远较降水变化为稳定。间断性的降水间断性的降水,通过含水层通过含水层(含水系统含水系统)的变的变换换,将转化成比较连续的地下水位变化或泉流量将转化成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。这是信号滞后变化。这是信号滞后,延迟与迭加的结果。延迟与迭加的结果。降水对泉流量的影响：18设地下水监测井设地下水监测井120120眼。其中岩溶水眼。其中岩溶水108108眼，孔隙水眼，孔隙水1212眼。用眼。用GPSGPS卫星定卫星定位系统与水准测量相结合，进行坐标和位系统与水准测量相结合，进行坐标和等水准高程测量。等水准高程测量。设地下水监测井120眼。其中岩溶水108眼，孔隙水12眼19表1地球浅部层圈水的分布课件20表1地球浅部层圈水的分布课件21表1地球浅部层圈水的分布课件22表1地球浅部层圈水的分布课件23表1地球浅部层圈水的分布课件24表1地球浅部层圈水的分布课件25地下水动态的特点：地下水动态的特点：连续性连续性 随机性随机性 周期性周期性地下水动态的特点：26二、影响地下水动态的因素二、影响地下水动态的因素 按照按照地下水动态是含水层地下水动态是含水层(含水系统含水系统)连续的连续的信息输出信息输出的理解，将影响地下水动态的因素分为的理解，将影响地下水动态的因素分为两类两类:环境对含水层环境对含水层(含水系统含水系统)的信息输入的信息输入：如降水、地表水的补给，人工开采或如降水、地表水的补给，人工开采或补给，地应力对地下水的影响等；补给，地应力对地下水的影响等；变换输入信息的因素变换输入信息的因素：赋存地下水的地质、地形条件。赋存地下水的地质、地形条件。二、影响地下水动态的因素27影响动态的主要影响动态的主要自然因素自然因素：气候因素气候因素 水文因素水文因素 地质因素地质因素 植被因素植被因素影响动态的主要自然因素：28气候气候的影响是起主导作用的因素，尤其是的影响是起主导作用的因素，尤其是对潜水、浅层水更为突出。对潜水、浅层水更为突出。降水和蒸发降水和蒸发直接影响地下水的补给和排泄，直接影响地下水的补给和排泄，其季节性和多年变化规律，引起地下水动其季节性和多年变化规律，引起地下水动态季节性变化最为明显。态季节性变化最为明显。1.1.气象因素气象因素气候的影响是起主导作用的因素，尤其是对潜水、浅层水更为突出。29东南地区东南地区：地下水位过程线地下水位过程线呈呈锯齿状多峰型锯齿状多峰型(a)(a)；我国不同地区的地下水位过程线图中南区中南区：地下水位过程线地下水位过程线为为驼峰状双峰型驼峰状双峰型(b)(b)；东南地区：我国不同地区的地下水位过程线图中南区：30华北地区：华北地区：夏季雨量为全年夏季雨量为全年的的60607070，秋季多暴雨，春秋季多暴雨，春旱秋涝，地下水旱秋涝，地下水位过程线多为位过程线多为不不对称状单峰型对称状单峰型（c)c)；但因该区降水量但因该区降水量年际变化大，也年际变化大，也会相应出现会相应出现双峰双峰型型(d)(d)；华北地区：31东北地区东北地区:夏季短夏季短,湿润多雨，冬湿润多雨，冬季漫长干燥，严寒多季漫长干燥，严寒多风雪，雪期长达半年，风雪，雪期长达半年，地下水位过程线呈现地下水位过程线呈现舒缓状单峰型舒缓状单峰型(e)(e)。东北地区:32分析气象因素对潜分析气象因素对潜水位的影响时，必水位的影响时，必须区分潜水位的须区分潜水位的真真变化与伪变比变化与伪变比。实践中，应当考虑实践中，应当考虑多年的地下水位与多年的地下水位与水量的变化。水量的变化。分析气象因素对潜水位的影响时，必须区分潜水位的真变化与伪变比33气候存在气候存在多年周期性波动多年周期性波动 例如：周期为例如：周期为1111年的太阳黑子变化，年的太阳黑子变化，影响丰水期与干旱期的交替，而使地下水位呈同影响丰水期与干旱期的交替，而使地下水位呈同一周期变化一周期变化(图图4 4）。）。气候存在多年周期性波动34 2.水文因素水文因素 地表水体补给地下地表水体补给地下水引起地下水位抬升时，水引起地下水位抬升时，随着远离河流，水位变随着远离河流，水位变幅减小，幅减小，发生变化的时发生变化的时间滞后间滞后。河水对地下水动态河水对地下水动态的影响一般为的影响一般为数百米至数百米至数公里数公里,范围以外范围以外,主要主要受气候影响受气候影响(图）。图）。2.水文因素35地质因素对地下水动态影响的主要体现地质因素对地下水动态影响的主要体现：补、排与径流条件的变化补、排与径流条件的变化反映对地下水文反映对地下水文要素的变幅和滞后时间等特征的影响。要素的变幅和滞后时间等特征的影响。地质构造地质构造决定地下水、大气水、地表水的决定地下水、大气水、地表水的不同联系，反映出受气候、水文因素的影响程度不不同联系，反映出受气候、水文因素的影响程度不同，因而出现不同的动态特征。同，因而出现不同的动态特征。3.3.地质因素地质因素 地质因素地质因素是是影响输入信息变换的因素影响输入信息变换的因素。当降水补给地下水时当降水补给地下水时,包气带厚度与岩性控包气带厚度与岩性控制着地下水位对降水的响应制着地下水位对降水的响应。地质因素对地下水动态影响的主要体现：3.地质因素36潜水潜水 埋深愈大，对降水脉冲的滤波作用愈强；相埋深愈大，对降水脉冲的滤波作用愈强；相对于降水，地下水位抬高的时间滞后与延迟愈长；水位对于降水，地下水位抬高的时间滞后与延迟愈长；水位历时曲线呈现为较宽缓的波。历时曲线呈现为较宽缓的波。包气带岩性的渗透性愈好，则滤波作用愈弱；地下水位包气带岩性的渗透性愈好，则滤波作用愈弱；地下水位抬升的时间滞后与延迟小；水波历时曲线波形较陡。抬升的时间滞后与延迟小；水波历时曲线波形较陡。潜水储存量的变化潜水储存量的变化是以给水度与水位变幅是以给水度与水位变幅hh的乘积表的乘积表示的，即：示的，即：当储存量变化相同时，给水度愈小，水位变幅愈大。当储存量变化相同时，给水度愈小，水位变幅愈大。河水引起潜水位变动时，含水层的透水性愈好，厚度愈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。大，含水层的给水度愈小，则波及范围愈远。潜水 埋深愈大，对降水脉冲的滤波作用愈强；相对于降水，37承压水承压水 动态变化比潜水小：动态变化比潜水小：a.a.降水补给时，补给区的潜水位变化较明显，降水补给时，补给区的潜水位变化较明显，随着远离补给区，变化渐弱，以至于消失；随着远离补给区，变化渐弱，以至于消失；b.b.从补给区向承压区传递降水补给影响时，含从补给区向承压区传递降水补给影响时，含水层的渗透性愈好，厚度愈大，给水度愈小，则波水层的渗透性愈好，厚度愈大，给水度愈小，则波及的范围愈大；及的范围愈大；c.c.承压含水层埋藏愈深，构造封闭性愈好，与承压含水层埋藏愈深，构造封闭性愈好，与外界的水力联系愈弱，则引起的动态变化愈微弱；外界的水力联系愈弱，则引起的动态变化愈微弱；d.d.承压含水层的水位变动可以由于固体潮、地承压含水层的水位变动可以由于固体潮、地震等引起，这时地质因素成为环境对地下水的输入。震等引起，这时地质因素成为环境对地下水的输入。承压水 动态变化比潜水小：38地下水的动态成因类型（M.E.M.E.阿利托夫斯基分类）阿利托夫斯基分类）地下水的动态成因类型（M.E.阿利托夫斯基分类）39 三、地下水天然动态类型三、地下水天然动态类型 潜水潜水（松散沉积物浅部水）的天然（松散沉积物浅部水）的天然动态类型动态类型:蒸发型蒸发型 径流型径流型 弱径流型弱径流型 三、地下水天然动态类型40蒸发型动态蒸发型动态分布区：分布区：干旱半干旱区的平原或盆地干旱半干旱区的平原或盆地。动态特征：动态特征：地下水径流微弱，以蒸发排泄为主地下水径流微弱，以蒸发排泄为主。年水位变幅小年水位变幅小，各处变幅相差不大；，各处变幅相差不大；水水质质季季节节变变化化明明显显，地地下下水水不不断断向向盐盐化化方方向向发发展展，并使土壤盐渍化。，并使土壤盐渍化。蒸发型动态41渗入蒸发型的平原潜水渗入蒸发型的平原潜水42径流型动态径流型动态分布区：山区及山前。分布区：山区及山前。动态特征：动态特征：地形高差大，水位埋藏深，以径流排泄为主地形高差大，水位埋藏深，以径流排泄为主。年水位变幅大而不均；年水位变幅大而不均；水质季节变化不明显，长期则不断趋于淡化。水质季节变化不明显，长期则不断趋于淡化。径流型动态43弱径流型弱径流型分布：气候湿润的平原与盆地。分布：气候湿润的平原与盆地。动态特征：动态特征：地地形形切切割割微微弱弱，潜潜水水埋埋藏藏深深度度小小，但但气气候候湿湿润润，蒸蒸发发排排泄泄有有限限，以以径径流流排排泄泄为为主主，但但径径流流微微弱弱。年水位变幅小，各处变幅接近，年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化不明显，长期向淡化方向发展。水质季节变化不明显，长期向淡化方向发展。弱径流型44表1地球浅部层圈水的分布课件45表1地球浅部层圈水的分布课件46太行山前石家庄浅层地下水漏斗流场图太行山前石家庄浅层地下水漏斗流场图47承压水承压水天然动态类型天然动态类型承压水承压水均属于径流型均属于径流型动态变化：动态变化：取决于取决于构造封闭条件构造封闭条件，构造开启程度愈，构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。的淡化趋势愈明显。承压水天然动态类型承压水均属于径流型48表1地球浅部层圈水的分布课件49 四、人类活动影响下的地下水动态四、人类活动影响下的地下水动态人人类类活活动动增增加加新新补补给给来来源源或或新新排排泄泄去去路路而而改改变变地地下下水的天然动态。水的天然动态。例如：例如：钻钻孔孔采采水水、矿矿坑坑或或渠渠道道排排除除地地下下水水后后，人人工工采采排成为地下水新的排泄去路；排成为地下水新的排泄去路；含含水水系系统统原原来来的的均均衡衡遭遭到到破破坏坏：天天然然排排泄泄量量的的一一部部分分或或全全部部转转为为人人工工排排泄泄量量，天天然然排排泄泄不不再再存存在在；天然排泄数量减少；可能增加新的补给量。天然排泄数量减少；可能增加新的补给量。四、人类活动影响下的地下水动态50 若若采采排排地地下下水水一一段段时时间间后后，新新增增的的补补给给量量及及减减少少的的天天然然排排泄泄量量与与人人工工排排泄泄量量相相等等，含含水水层水量收支达到新的平衡。层水量收支达到新的平衡。动动态态曲曲线线表表现现：地地下下水水位位在在比比原原先先低低的的位位置置上上，以以比比原原先先大大的的年年变变幅幅波波动动，而而不不持持续续下下降。降。若采排地下水一段时间后，新增的补给量及减少的天51 若若采采排排水水量量过过大大，天天然然排排泄泄量量的的减减量量与与补补给给量量的的增增量量的的总总和和，不不足足以以偿偿补补人人工工排排泄泄量量时时，将将不不断断消耗含水层储存水量，导致地下水位持续下降消耗含水层储存水量，导致地下水位持续下降。若采排水量过大，天然排泄量的减量与补给量的增量52修修建建水水库库、地地表表水水灌灌溉溉等等，增增加加了了新新的的补补给给来来源源而而使地下使地下水位抬升水位抬升。如图：河北冀县新庄，如图：河北冀县新庄，1974 1974年初潜水位埋深大于年初潜水位埋深大于 4m4m，由于灌溉，旱季水位反而上升，到，由于灌溉，旱季水位反而上升，到19771977年雨年雨季，潜水位已接近地表了季，潜水位已接近地表了 。修建水库、地表水灌溉等，增加了新的补给来源而使地下水位抬升。53干旱半干旱平原或盆地：干旱半干旱平原或盆地：地下水天然动态多属蒸发型，灌溉水地下水天然动态多属蒸发型，灌溉水入渗抬高地下水位，蒸发加强，促使土壤盐渍化。入渗抬高地下水位，蒸发加强，促使土壤盐渍化。有时，即使原来潜水埋深较大，属径有时，即使原来潜水埋深较大，属径流型动态，但连年灌溉后，可转为蒸发型动态，流型动态，但连年灌溉后，可转为蒸发型动态，造成大面积土壤次生盐泽化（图）。造成大面积土壤次生盐泽化（图）。干旱半干旱平原或盆地：54均衡区与均衡期均衡区与均衡期水均衡方程式水均衡方程式人类活动影响下的地下水均衡人类活动影响下的地下水均衡地面沉降与地下水均衡地面沉降与地下水均衡大区域地下水均衡研究需要注意的问题大区域地下水均衡研究需要注意的问题第三节第三节 地下水均衡地下水均衡均衡区与均衡期第三节 地下水均衡55一、均衡区与均衡期一、均衡区与均衡期地下水均衡地下水均衡以地下水为对象的均衡研究，以地下水为对象的均衡研究，实质就是实质就是应用质量守恒定律应用质量守恒定律去分析参与水循环去分析参与水循环的各要素的的各要素的数量关系数量关系。地下水均衡研究的目的地下水均衡研究的目的阐明阐明某区在某一段某区在某一段时间内，地下水水量（盐量、热量时间内，地下水水量（盐量、热量)收入与支收入与支出之间的数量关系出之间的数量关系。一、均衡区与均衡期56 地下水均衡要素地下水均衡要素 水均衡水均衡：指以地下水体地下水体为对象，某一地域在某时域内地下水量的收支均衡状况水量的收支均衡状况。均衡要素均衡要素：均衡区、均衡期、收支项、调蓄项 地下水均衡要素57均衡区均衡区：均衡计算所选定的地区。：均衡计算所选定的地区。均衡期均衡期：均衡计算的时间段（若干年、年、月）。：均衡计算的时间段（若干年、年、月）。正均衡正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水：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、热量）增加。地下水储存量（或盐储量、热量）增加。负负均均衡衡：支支出出大大于于收收入入，地地下下水水储储存存量量(或或盐盐储储量量、热储量热储量)减少减少均衡区：均衡计算所选定的地区。58 地下水动态与均衡的关系地下水动态与均衡的关系：均衡均衡是地下水是地下水动态变化的动态变化的内在原因内在原因，动态动态则是地下水则是地下水均衡的均衡的外部表现外部表现。计算方法计算方法：均衡研究必须分析均衡的收入项与支均衡研究必须分析均衡的收入项与支出项，列出均衡方程式。出项，列出均衡方程式。通过测定或估算列入均衡方程式的各通过测定或估算列入均衡方程式的各项，以求算某些未知项。项，以求算某些未知项。地下水动态与均衡的关系：59二、水均衡方程式二、水均衡方程式陆地上某一地区天然状态下总的水均衡：陆地上某一地区天然状态下总的水均衡：收入项（收入项（A A）一般包括：一般包括：降水量（降水量（X X）、地表水流入量（）、地表水流入量（Y Y1 1）、地下水流）、地下水流入量（入量（W W1 1）、水汽凝结量（）、水汽凝结量（Z Z1 1）。）。支出项（支出项（B)B)一般为：一般为：地表水流出量（地表水流出量（Y Y2 2）、地下水流出量（）、地下水流出量（W W2 2）、）、蒸发量（蒸发量（Z Z2 2)。储存量变化量储存量变化量：1 1二、水均衡方程式60地下水均衡收支项一览表地下水均衡收支项一览表61地地下下水均衡方程式水均衡方程式：收入项总量收入项总量-支出量总量支出量总量=调蓄项调蓄项变化量，即：变化量，即：（QQ补补 QQ消消）tt=FFhh物理意义：物理意义：某均衡区，在一定均衡期内，总补给某均衡区，在一定均衡期内，总补给量与总消耗量之差等于储存量的变化量量与总消耗量之差等于储存量的变化量。地下水均衡方程式：62三种状态的均衡方程：三种状态的均衡方程：a.a.天然条件下天然条件下的均衡方程的均衡方程：(Q (Q天补天补 QQ天消天消)tt=FFhhb.b.开采条件下开采条件下的均衡方程：的均衡方程：(Q (Q开补开补 QQ开消开消 ）tt=FFhhc.c.多年均衡期条件下多年均衡期条件下（地下水保持多年均衡，即（地下水保持多年均衡，即hh0 0）的均衡方程：）的均衡方程：Q Q补补tt=QQ消消tt 三种状态的均衡方程：63均衡期水储存量的变化（水均衡方程式）：均衡期水储存量的变化（水均衡方程式）：水储存量变化水储存量变化 中包括：中包括：地表水变化量（）地表水变化量（）包气带水变化量（）包气带水变化量（）潜水变化量潜水变化量(h(h）承压水变化量（承压水变化量（hh）均衡期水储存量的变化（水均衡方程式）：64潜水的收入项潜水的收入项(A)(A)：降水入渗补给量（降水入渗补给量（）地表水入渗补给量地表水入渗补给量(Y(Y）凝结水补给量凝结水补给量(Z(Zc c)上游断面潜水流入量上游断面潜水流入量(W(W）下伏承压含水层越流补给潜下伏承压含水层越流补给潜水水量（水水量（Q Q）。）。潜水的收入项(A)：65潜水支出项潜水支出项(B):(B):潜水蒸发量潜水蒸发量(Zu,(Zu,包括土面蒸包括土面蒸发、叶面蒸发发、叶面蒸发)以泉或泄流形式排泄量以泉或泄流形式排泄量(Q(Qd d)下游断面流出量下游断面流出量(W(W）。）。潜水储存量变化量：潜水储存量变化量：(图图)hh潜水支出项(B):66潜水均衡方程式的一般形式潜水均衡方程式的一般形式：潜水均衡方程式的一般形式：67一一定定条条件件下下，一一般般形形式式的的均均衡衡方方程程中中某某些些均均衡衡项项可可取消，方程可简化为：取消，方程可简化为：多年均衡条件下多年均衡条件下，=0 =0，得：，得：即即典型干旱半干旱平原潜水均衡方程式典型干旱半干旱平原潜水均衡方程式，表示渗，表示渗入补给潜水的水量全部消耗于蒸发。入补给潜水的水量全部消耗于蒸发。典型湿润山区潜水均衡方程式典型湿润山区潜水均衡方程式：即入渗补给的水量全部以径流形式排泄。即入渗补给的水量全部以径流形式排泄。一定条件下，一般形式的均衡方程中某些均衡项可取消，方程可简化68三、人类活动影响下的地下水均衡三、人类活动影响下的地下水均衡研究意义：研究意义：研究人类活动影响下的地下水均衡，研究人类活动影响下的地下水均衡，可以定量评价人类活动对地下水动态的影响、预可以定量评价人类活动对地下水动态的影响、预测其水量水质变化趋势、并据此提出调控地下水测其水量水质变化趋势、并据此提出调控地下水动态朝向对人类有利的方向发展的措施。动态朝向对人类有利的方向发展的措施。三、人类活动影响下的地下水均衡69克雷洛夫克雷洛夫 对苏联中亚某灌区潜水均衡研究得出该对苏联中亚某灌区潜水均衡研究得出该区潜水均衡方程式为：区潜水均衡方程式为：式中式中 f1、f2 灌渠水及田面灌水入渗补给潜水水量；灌渠水及田面灌水入渗补给潜水水量；Qt 下伏承压含水层越流补给潜水的水量；下伏承压含水层越流补给潜水的水量；Qr通过排水沟排走的潜水水量；通过排水沟排走的潜水水量；以以一一个个水水文文年年为为均均衡衡期期，经经观观测测计计算算，求求得得均均衡方程式各项数值衡方程式各项数值(单位为单位为mmmm水柱水柱)为：为：31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.031.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.0克雷洛夫 对苏联中亚某灌区潜水均衡研究得出该区潜水均衡方程70得出的结论：得出的结论：(1)(1)潜水表现为正均衡，一年中潜水位上升潜水表现为正均衡，一年中潜水位上升620mm620mm，增加潜水储存量，增加潜水储存量31mm(u31mm(u0.05)0.05)。潜水蒸发量将不断。潜水蒸发量将不断增加，会增加，会产生土壤盐渍化产生土壤盐渍化。(2)(2)破坏原有地下水均衡，导致潜水位抬升的主要破坏原有地下水均衡，导致潜水位抬升的主要因素是灌溉水入渗，其中灌渠水入渗量占水量总收入因素是灌溉水入渗，其中灌渠水入渗量占水量总收入的的7070，田面入渗水量占，田面入渗水量占2l2l。(3)(3)现有排水设施的现有排水设施的排水能力排水能力(年排水量为年排水量为20mm)20mm)太太低，不能有效地防止潜水位抬升。低，不能有效地防止潜水位抬升。(4)(4)防止土壤次生盐渍化必须采取的措施：减少灌防止土壤次生盐渍化必须采取的措施：减少灌水入渗；加大排水能力；或两者兼施，以消除每年水入渗；加大排水能力；或两者兼施，以消除每年31mm31mm的潜水储存量增加值。的潜水储存量增加值。得出的结论：71四、地面沉降与地下水均衡四、地面沉降与地下水均衡 在开采条件下的孔隙承压含水系统进行地下在开采条件下的孔隙承压含水系统进行地下水均衡计算时水均衡计算时,须将地面沉降考虑进去须将地面沉降考虑进去,否则会出现否则会出现误差。误差。开采孔隙承压含水系统时，停止开采可使水位恢复开采孔隙承压含水系统时，停止开采可使水位恢复到采前高度上，含水层的储存水量将随之恢复，但到采前高度上，含水层的储存水量将随之恢复，但粘性土中的一部分储存水永久失去而不再恢复。由粘性土中的一部分储存水永久失去而不再恢复。由于粘性土压密释水量可占开采水量的百分之几十，于粘性土压密释水量可占开采水量的百分之几十，因此，忽略粘性土永久性释水就会造成相当大的误因此，忽略粘性土永久性释水就会造成相当大的误差。差。四、地面沉降与地下水均衡72 五、大区域地下水均衡研究需要注意的问题五、大区域地下水均衡研究需要注意的问题 从供水角度发出，从供水角度发出，可供长期开采利用的水量可供长期开采利用的水量，是是含水系统从外界获得的多年均年补给量含水系统从外界获得的多年均年补给量。对于大的含水系统，除了统一求算补给对于大的含水系统，除了统一求算补给量外，有时量外，有时还需分别求算含水系统各部分的补给量。还需分别求算含水系统各部分的补给量。五、大区域地下水均衡研究需要注意的问题73如图：一个堆积平原含水系统，含水系统如图：一个堆积平原含水系统，含水系统分为两大分为两大部分：部分：潜水的山前冲洪积平原潜水的山前冲洪积平原潜水及承压水的冲积湖积平原潜水及承压水的冲积湖积平原如图：一个堆积平原含水系统，含水系统分为两大部分：74天然条件下，多年中水量达到均衡，地下水储存天然条件下，多年中水量达到均衡，地下水储存量的变化值为零。量的变化值为零。各部分的水量均衡方程式：各部分的水量均衡方程式：山前平原潜水：山前平原潜水：冲积平原潜水：冲积平原潜水：冲积平原承压水：冲积平原承压水：天然条件下，多年中水量达到均衡，地下水储存量的变化值为零。75 若简单地将含水系统各部分均衡式中水量收入若简单地将含水系统各部分均衡式中水量收入项累加，则显然比整个系统的水量收入项多了项累加，则显然比整个系统的水量收入项多了W2及及Qt两项，分别求算的结果比统一求算两项，分别求算的结果比统一求算偏大偏大。整个含水系统的水量均衡方程式：整个含水系统的水量均衡方程式：若简单地将含水系统各部分均衡式中水量收76 从图看出，冲积平原承压水并没有独立的补从图看出，冲积平原承压水并没有独立的补给项，其收入项就是山前平原潜水支出项之一。给项，其收入项就是山前平原潜水支出项之一。W W2 2X Xf1f1+Y+Yf2f2+W+W1 1-Z-Zu1u1-Q-Qd d 可知，可知，W W2 2是由山前平原补给量的一部分转化是由山前平原补给量的一部分转化而来。冲积平原潜水的收入项而来。冲积平原潜水的收入项QtQt同样也可得出：同样也可得出：Q Qt tW W2 2一一W W3 3 显然，显然，Q Qt t是由是由W W2 2的一部分转化而来，归根到的一部分转化而来，归根到底，是由山前平原潜水补给量转比的。底，是由山前平原潜水补给量转比的。W W2 2、Q Qt t都属于堆积平原含水系统都属于堆积平原含水系统内部内部发生的发生的水量转换，而水量转换，而不是含水系统与外部之间发生的水量转不是含水系统与外部之间发生的水量转换换。从图看出，冲积平原承压水并没有独立的补给项，77在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间的水量在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间的水量转换，将发生一系列变化。转换，将发生一系列变化。假定单独开采山前平原的潜水，此部分水量均衡将产假定单独开采山前平原的潜水，此部分水量均衡将产生以下变化：生以下变化：a.a.随着潜水位下降，地下水不再溢出成泉，随着潜水位下降，地下水不再溢出成泉，Q Qd d0 0；b.b.与冲积平原间水头差变小，与冲积平原间水头差变小，W W2 2减小；减小；c.c.随着水位下降，蒸发减弱，随着水位下降，蒸发减弱，Z Zu1u1变小；变小；d.d.山区地下水水头差变大，山区地下水水头差变大，W W1 1增加；增加；e.e.地表水与地下水水头差变大，地表水与地下水水头差变大，Y Yf1f1增大；增大；h.h.潜水浅埋带水位变深，有利吸收降水，可使潜水浅埋带水位变深，有利吸收降水，可使X Xf1f1增大。增大。结果山前平原潜水补给量增加，排泄量减少。结果山前平原潜水补给量增加，排泄量减少。在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间的水量转换，将发生一78同时，对地表水及邻区地下水的均衡产生下列影响：同时，对地表水及邻区地下水的均衡产生下列影响：a.Wa.W2 2减少及相应的减少及相应的Q Qt t减少，使冲积平原承压水及潜水减少，使冲积平原承压水及潜水补给量减少；补给量减少；b.Wb.W1 1增大，使山区排泄量增大；增大，使山区排泄量增大；c.Xc.Xflfl、Y Yflfl增增大大，使使地地表表径径流流量量减减少少，而而使使冲冲积积平平原原潜潜水收入项水收入项Y Yf2f2变小。变小。同时，对地表水及邻区地下水的均衡产生下列影响：79复习思考题：地下水动态、地下水均衡的概念及二者之间的关系地下水动态、地下水均衡的概念及二者之间的关系地下水动态的特点及其影响因素地下水动态的特点及其影响因素潜水、承压水的天然动态类型潜水、承压水的天然动态类型地下水的均衡要素及其概念地下水的均衡要素及其概念试分析一河间地块，分别在天然和开采两种条件下的收入项、试分析一河间地块，分别在天然和开采两种条件下的收入项、支出项、储存量的变化量，并分别写出其水量均衡方程支出项、储存量的变化量，并分别写出其水量均衡方程作为长期供水开采利用的水量应该是哪一个量？（含水系统作为长期供水开采利用的水量应该是哪一个量？（含水系统从外界获得的多年平均年补给量）从外界获得的多年平均年补给量）为什么对于大的含水系统，除了统一求算补给量外，有时还为什么对于大的含水系统，除了统一求算补给量外，有时还需分别求算含水系统各部分的补给量需分别求算含水系统各部分的补给量复习思考题：地下水动态、地下水均衡的概念及二者之间的关系80