10第十章地下水动态与均衡 (1)

第十章地下水动态与均衡

地下水动态：groundwater regime

地下水均衡：groundwater balance (budget)

10．1 地下水动态与均衡的概念

地下水动态––––地下水各种要素(水位、水量、化学组分、气体成分、温度、微生物等)随时间的变化，称为地下水动态

地下水均衡––––某一时段、某一范围内地下水水量(盐量、热量等)的收支状况，称为地下水均衡。

地下水动态与均衡的关系是：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。

地下水动态的研究包括：影响因素、类型及成果分析。

地下水均衡的研究包括：均衡区和均衡期的确定，均衡方程式的确定，各收支项的求取，均衡计算结果的校核与分析。

地下水要素之所以随时间发生变动，是含水层（含水系统）水量、盐量、热量、能量收支不平衡的结果。例如，当含水层的补给水量大于其排泄水量时，储存水量增加，地下水位上升；反之，当补给量小于排泄量时，储存水量减少，水位下降。

研究目的意义：

地下水动态监测及成果分析，可以解决一系列理论与实际问题：①检验并完善前期水文地质研究结论；②查明地下水资源数量、质量及其变化；③为数学模拟提供依据；④为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提供依据；⑤检验实施中的利用、防治方案及措施的合理性。

地下水均衡研究，可以为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提供定量依据，检验并完善利用、防治方案及措施。

目前：研究较多的是水位动态，水量均衡。

10．2 地下水动态的影响因素

1．影响地下水动态的因素

地下水动态的本源因素是随时间变动的因素，包括：气象(气候)因素、水文因素、生物因素、地质营力因素、天文因素等。

1）气象因素：

①降水→含水层水量增加→水位抬升→水质变淡；

②蒸发→潜水含水层水量减少→水位降低→水质变咸；

③气象因素具有季节性的变化，地下水动态也具有季节性变化；

④气候还存在多年的周期性变动，如周期为11年的太阳黑子影响丰水年与枯水年从而

使地下水位呈现多年周期性变化。

在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化。潜水位变动伴随相应的潜水储存量的变化，这种水位变动是真变化。某些并不反映潜水水量增减的潜水位变化，便是伪变化。例如，当大气气压开始降低时，暴露于大气中的井孔中的地下水位却因气压降低而水位抬升。

对于重大的长期性地下水供排设施，应当考虑多年的地下水位与水量的动态变化。供水工程应根据多年资料分析地下水位最低时水量能否满足要求；排水要考虑多年最高地下水位时的排水能力。

2）水文因素：

地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，随着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后。

影响范围一般在数公里~ 数百公里。此范围以外主要受气候因素的影响。

3）其他因素影响下的地下水动态

地震、固体潮、潮汐、外部荷载等都会引起地下水要素变化。

4）人为活动影响下的地下水动态

通过新增的补给源或排泄去路而影响地下水的动态。

如钻孔采水（开采地下水），矿坑排水，破坏了地下水的天然平衡，使地下水的动态发生变化。

新建水库，利用地表水灌溉，使地下水位上升，影响地下水的天然动态。

5）地质因素：

包气带的厚度与岩性：

①厚度：小，降水到达地下水的时间短→水位上升快；大，降水到达地下水的时间长→水位上升慢；

②岩性：

a. 渗透性：K小，水位滞后降水的时间长；K大，水位滞后降水的时间短；

b. 给水度：μ小，水位变幅大；μ大，水位变幅小。

10．3 地下水动态类型

参照阿利托夫斯基等(1956)的分类，提出如下地下水天然动态类型：入渗—径流型、径流—蒸发型、入渗—蒸发型、入渗—弱径流型。

1．入渗—径流型动态，接受降水及地表水补给，以径流方式排泄；地下水化学作用以溶滤为主。

动态的特点是：年水位变幅大而不均，由补给区到排泄区，年水位变幅由大到小。水质季节变化不明显，水土向淡化方向演变。

2．径流—蒸发型动态，以侧向径流补给为主，以蒸发方式排泄；地下水化学作用以浓缩为主。

动态的特点是年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显季节变化，水土向盐化方向演变。3．入渗—蒸发型动态，以接受当地降水补给为主，径流微弱，就地蒸发排泄；地下水化学作用为溶滤—浓缩间杂发生。

4．入渗—弱径流型动态，以接受当地降水补给为主，径流和蒸发均微弱，地下水化学作用以溶滤为主。

上述四大类型，难以完全概括我国复杂的地下水动态，需要根据实际情况加以变换应用。

10．4 天然条件下的地下水均衡

1．概念

地下水均衡––––指某个地区，某一时段内，地下水水量（盐量、热量）收入与支出之间的数量关系。

均衡区––––进行均衡计算所选定的地区。一般为一个完整的水文地质单元或者为一个完整的地下水系统。

均衡期––––进行均衡计算的时间段称作均衡期。一般为一年，或若干年。

水均衡（水量平衡）研究的实质：用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素之间的数量关系。

正均衡––––地下水水量的收入大于支出，表现为地下水储存量的增加，称为正均衡。

负均衡––––支出大于收入，地下水储存量减少，称作负均衡。

均衡状态：收入=支出，地下水储存量保持平衡。

进行均衡研究的目的：分析收入项，支出项→列出水均衡方程式→补给量（资源评价）→正、负均衡？→求某些未知项（或参数：μ、S等）。

关于水均衡的研究：目前主要是水量均衡的研究。

2．水均衡方程式（天然状态下）

1）一般收入项（A）包括：

①大气降水量（X）；

②地表水流入量（Y1）；

③地下水流入量（W1）等。

2）支出项（B）：

①地表水流出量（Y2）；

②地下水流出量（W2）；

③蒸发量（Z2）。