水文地质学基础—地下水动态与均衡.

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1、防灾科技学院防灾科技学院 张耀文张耀文水文地质学基础水文地质学基础Fundamentals of Hydrogeology 9.1 地下水的动态和均衡的概念地下水的动态和均衡的概念 9.2 地下水的动态地下水的动态 9.3 地下水的均衡地下水的均衡第九章第九章 地下水的动态与均衡地下水的动态与均衡 第九章第九章 地下水的动态与均衡地下水的动态与均衡 提要提要1 1 掌握地下水的动态与均衡的掌握地下水的动态与均衡的概念。概念。2 2 各种情况下的各种情况下的地下水均衡方程式及各项均衡要素地下水均衡方程式及各项均衡要素的意义和的意义和 计算方法。计算方法。3 3 能够能够分析分析地下水动态形成机制

2、、影响因素及动态类型。地下水动态形成机制、影响因素及动态类型。4 4 了解地下水开发与地面沉降的关系。了解地下水开发与地面沉降的关系。 9.1 9.1 地下水的动态和均衡的概念地下水的动态和均衡的概念9.1.1 9.1.1 地下水动态的概念地下水动态的概念 地下水各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）地下水各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化。随时间的变化。0102030405060708090100123456789101112月份降雨量（mm）173173.1173.2173.3173.4173.5173.6173.7173.8地下水位（m）降雨量地下水位永茂乡永茂乡

3、2000年地下水位变化动态曲线图年地下水位变化动态曲线图 9.1 9.1 地下水的动态和均衡的概念地下水的动态和均衡的概念9.1.2 9.1.2 地下水均衡的概念地下水均衡的概念 指某一时段内某一地段内地下水水量（盐量、热量、指某一时段内某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的能量）的收支收支状况。状况。 二者关系：二者关系：地下水动态是地下水均衡的外在表现，地下水地下水动态是地下水均衡的外在表现，地下水均衡是地下水动态的内在原因。均衡是地下水动态的内在原因。9.1.3 9.1.3 地下水动态与均衡研究的意义地下水动态与均衡研究的意义查清地下水补给、排泄与资源条件、含水层之间、含水层与查清地

4、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；地表水之间的关系；认识区域水文地质条件；认识区域水文地质条件；进行水量和水质评价；进行水量和水质评价；地下水资源合理开发利用与保护管理，防止地下水危害；地下水资源合理开发利用与保护管理，防止地下水危害；检验水文地质结论。检验水文地质结论。9.2.1 9.2.1 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） 激励激励脉冲式的降水脉冲式的降水 响应响应波状信号的信息波状信号的信息v 地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：地下水水

5、位对外界输入（降水）响应的特点： （1 1）滞后和延迟现象）滞后和延迟现象 （2 2）有叠加现象）有叠加现象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）的变化幅度是变化幅度是含水系统内部结构含水系统内部结构作用的结果作用的结果 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 动态稳定动态稳定变化幅度小变化幅度小 动态不稳定动态不稳定变化幅度大变化幅度大9.2 9.2 地下水动态地下水动态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- -叠加叠加削峰填谷削峰填谷河北饶阳地区地

6、下水位动态曲线河北饶阳地区地下水位动态曲线思考思考:影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些？9.2.2 9.2.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素1 1、气象（气候）因素、气象（气候）因素决定动态总轮廓决定动态总轮廓v 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降水与蒸发因素) )v 降水的影响因素降水的影响因素：降水量、降水强度、延续时间降水量、降水强度、延续时间 蒸发的影响因素：蒸发的影响因素：气温、湿度、风速气温、湿度、风速v 气象因素表现：气象因素表现： 降水的降水的昼夜昼夜变化变化 降水的年内降

7、水的年内季节性季节性变化变化 降水的降水的多年多年变化（如变化（如1111年周期的太阳黑子变化）年周期的太阳黑子变化）v 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 年内变化年内变化 - -最突出最突出 多年变化多年变化 - -研究周期长研究周期长伪变化伪变化真变化真变化气象（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；黄色柱状为蒸发量降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量河北深

8、县井水位（河北深县井水位（H H）年变化与气压（）年变化与气压（P P）年变化的关系）年变化的关系 气象（气候）因素气象（气候）因素太阳黑子的周期性变化太阳黑子的周期性变化 气候多年变化气候多年变化 ：前苏联卡明草原地下水位变化图前苏联卡明草原地下水位变化图 阿利托夫斯基等，阿利托夫斯基等，1956（根据每年（根据每年9月月1日水位资料绘成；实点为实测水位，空心点为水位的可值）日水位资料绘成；实点为实测水位，空心点为水位的可值）气象（气候）因素气象（气候）因素9.2.2 9.2.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素2 2、水文因素、水文因素 v指地表水体的变化指地表水体的变化对地下水动

9、态的影对地下水动态的影响响v从右图中可以看出从右图中可以看出什么规律？什么规律？与地表水体的距离与地表水体的距离有关有关思考思考: :与潜水比较与潜水比较, , 受受河水位影响承压水河水位影响承压水动态有何特点？动态有何特点？tKhlm影响距离：影响距离：式中：l-影响距离(m)；K-渗透系数(m/d)；hm-含水层平均厚度(m)；-含水层给水度；t- 时间(d)。9.2.2 9.2.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素3 3、地质因素、地质因素v 气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓总轮廓v 地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用地

10、质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用 潜水位的埋深潜水位的埋深：埋深的大小，对滞后：埋深的大小，对滞后- -延迟时和变幅的延迟时和变幅的影响影响 包气带岩性包气带岩性：K K起作用；起作用； 饱水带岩性饱水带岩性：K K和和均起作用均起作用 地下水所处的空间部位地下水所处的空间部位：补给区，排泄区。一般而言，：补给区，排泄区。一般而言，补给区较排泄区更不稳定补给区较排泄区更不稳定 地震、固体潮对承压水位影响较明显。地震、固体潮对承压水位影响较明显。 云南喷水洞云南喷水洞地下暗河地下暗河流量动态曲线流量动态曲线岩溶水动态岩溶水动态 由于地震波的传递，大地震可以使距震中数千公里以由于地震波的传递

11、，大地震可以使距震中数千公里以外的某些敏感的深层承压水井产生厘米级的水位波动。外的某些敏感的深层承压水井产生厘米级的水位波动。 据认为，这是由于地震孕震及发震过程中据认为，这是由于地震孕震及发震过程中地应力的变地应力的变化使岩层压缩或膨胀，从而引起震区以至远方孔隙水压力化使岩层压缩或膨胀，从而引起震区以至远方孔隙水压力的异常变化，承压含水层测压水位因而波动。的异常变化，承压含水层测压水位因而波动。与此相应，与此相应，有时震前有时震前地下水化学成分也会改变地下水化学成分也会改变。 与其它方法配合，与其它方法配合，监测地下水动态可以作为预报地震监测地下水动态可以作为预报地震的一种重要手段。的一种重