地下水动态与均衡

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1、Fundamentals of Hydrogeology水文地质学水文地质学第九章地下水动态与均衡第九章地下水动态与均衡本章内容本章内容9.1地下水的动态地下水的动态9.2地下水的均衡地下水的均衡 9.1地下水的动态地下水的动态地下水动态地下水动态 指地下水的各要素指地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、（水位、水量、水质、水温、流速、流向等）流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规律的变化律的变化地下水的水量水质等随时间变化，是收支不平衡的结果地下水的水量水质等随时间变化，是收支不平衡的结果 如当含水层的补给水量大于排泄水量时，储存水量

2、则如当含水层的补给水量大于排泄水量时，储存水量则增加，地下水位上升；反之，则地下水位下降。同样，增加，地下水位上升；反之，则地下水位下降。同样，盐量或热量收支不平衡，使得其水质或水温发生变化。盐量或热量收支不平衡，使得其水质或水温发生变化。地下水动态的研究有着实际的意义地下水动态的研究有着实际的意义 如为了合理开发地下水而调节用水；基坑或矿坑排水；如为了合理开发地下水而调节用水；基坑或矿坑排水；地下水资源评价；以及改良土壤疏干排水等，地下水资源评价；以及改良土壤疏干排水等，都需要地都需要地下水的动态资料下水的动态资料。此外，分析地下水的动态资料，还有。此外，分析地下水的动态资料，还有助于地下水

3、的形成及循环规律的理论研究。助于地下水的形成及循环规律的理论研究。9.1.1地下水动态的形成机制地下水动态的形成机制地下水动态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。所产生的响应。 也可理解为含水层（含水系统）对输也可理解为含水层（含水系统）对输入信息变换后产生的输出信息。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下面以降水对地下水水位的影响加以说明 一次降雨一次降雨通常持续数小时，我们不妨把它通常持续数小时，我们不妨把它看作是发生于某一时刻看作是发生于某一时刻的的“脉冲脉冲”。

4、降雨入渗地面通过包气带下渗，达到地下水面后才能。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，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。 与一个降水与一个降水脉冲脉冲相对应，作为相

5、对应，作为响应响应的地下水位的抬升便表现为一的地下水位的抬升便表现为一个个波形波形。或者说，经过含水层的变换，一个或者说，经过含水层的变换，一个脉冲信号脉冲信号变成了一个变成了一个波波信号信号。与对应的脉冲相比较，。与对应的脉冲相比较，波的出现有一个时间滞后波的出现有一个时间滞后，并持续某，并持续某一时间延迟。一时间延迟。 降水补给引起地下水位响应降水补给引起地下水位响应滞后滞后-延迟延迟-叠加叠加9.1.1地下水动态的形成机制地下水动态的形成机制 与环境的相互作用与环境的相互作用v 降水降水补给地下水系统补给地下水系统水位上升水位上升 (出现变化）出现变化）v 地下水水位对外界输入（降水）响

6、应的特点：地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：v 因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出）的因外界激励（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变化幅度是含水系统内部结构作用的结果w激励激励脉冲式的降水脉冲式的降水w响应响应波状信号的信息波状信号的信息w（1）滞后和延迟现象）滞后和延迟现象w（2）有叠加现象）有叠加现象w某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量w动态稳定动态稳定变化幅度小变化幅度小w动态不稳定动态不稳定变化幅度大变化幅度大9.1.2地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素气象因素气象因素决

7、定动态总轮廓决定动态总轮廓 是影响地下水动态的主要因素。是影响地下水动态的主要因素。 降水和蒸发降水和蒸发：直接影响地下水的补给与排泄，从而影响：直接影响地下水的补给与排泄，从而影响地下水动态。地下水动态。气温气温：影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水水温。：影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水水温。 气压气压：对潜水位产生伪变化。：对潜水位产生伪变化。 潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为真变化真变化；不反映潜水水；不反映潜水水量增减的潜水位变化，为量增减的潜水位变化，为伪变化伪变化。 气象要素具有昼夜、季节和多年性周期变化，地下水动气象要素具有昼夜、

8、季节和多年性周期变化，地下水动态也有相似的周期性变化。但存在时间上的滞后现象。态也有相似的周期性变化。但存在时间上的滞后现象。 昼夜变化主要是气温和气压变化引起的，实际意义不大。昼夜变化主要是气温和气压变化引起的，实际意义不大。季节变化季节变化潜水表现的极为明显潜水表现的极为明显（如下图）。多年变化原因是太阳黑子活动的（如下图）。多年变化原因是太阳黑子活动的周期变化，平均有周期变化，平均有1111，22-2322-23，5-65-6，33-3533-35年的周期，其中年的周期，其中1111年周年周期是最明显的，地下水动态也与此周期有关。期是最明显的，地下水动态也与此周期有关。 对国民经济有重大

9、对国民经济有重大影响的供水和排水工程，应考虑地下水位和水量的多年变化。供水影响的供水和排水工程，应考虑地下水位和水量的多年变化。供水时应注意多年最低水位，排水时应考虑多年最高水位。时应注意多年最低水位，排水时应考虑多年最高水位。气象（气候）因素气象（气候）因素图图93 潜水动态曲线潜水动态曲线 （19541955，北京），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地下水动态的影响因素 气象因素气象因素特点特点 大面积，普遍产生影响大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素主要有

10、降水与蒸发因素) 气象因素表现气象因素表现 降水的年内昼夜变化降水的年内昼夜变化 降水的降水的 多年变化（多年变化（如如11年周期年周期） 降水的年内季节性变化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与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化 昼夜变化昼夜变化 -在许多地区不明显在许多地区不明显 多年变化多年变化 -研究周期长研究周期长 年内变化年内变化 -最突出最突出9.1.2地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素 水文因素水文因素 水文因素对地下水动态的影响只是在地表水附近，而且还必须水文因素对地下水动态的影响只是在地表水附近，而且还必须是地表水与地下水有水力联系

11、时才影响是地表水与地下水有水力联系时才影响 河流与地下水联系的形式有三种河流与地下水联系的形式有三种 （1 1）补给）补给 ；（；（2 2）排泄；（）排泄；（3 3）洪水补给，枯水排泄）洪水补给，枯水排泄 由河流补给而引起地下水位变动，其变化幅度随着远离河流而越来由河流补给而引起地下水位变动，其变化幅度随着远离河流而越来越小，变化时间随远离河岸而越来越推迟。越小，变化时间随远离河岸而越来越推迟。影响范围随河水位变幅影响范围随河水位变幅及河岸组成物质不同，可波及数百米至数公里不等。及河岸组成物质不同，可波及数百米至数公里不等。 河流排泄地下水时，越是接近河流，潜水位变幅越小，远离河流河流排泄地下