盆地含水系统与地下水流动系统特征
水文地质学 简答论述
1．水文地质学的发展大体可划分为哪三个时期？1856年以前的萌芽时期，1856年至20世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期，21世纪的转变时期。
3．水文循环与地质循环的区别？水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O 分子态水的转换，通常更替较快；地质循环发生于地球浅层圈和深层圈之间，常伴有水分子的分解与合成，转换速度缓慢。
2．简述影响孔隙度大小的主要因素，并说明如何影响？影响孔隙度大小的因素有：颗粒排列情况、分选程度、颗粒形状及胶结程度。
排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶结充填愈差时，孔隙度愈大；反之，排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则、胶结充填愈好时，孔隙度愈小。
6．影响给水度的因素有哪些，如何影响？影响给水度的因素：有岩性、初始地下水位埋深、地下水位降速。
岩性主要表现为决定空隙的大小和多少，空隙越大越多，给水度越大；反之，越小。
初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水下降后给水度偏小。
地下水位下降速率大时，释水不充分，给水度偏小。
7．影响岩石透水性的因素有哪些，如何影响？影响因素有：岩性、颗粒的分选性、孔隙度。
岩性越粗、分选性越好、孔隙度越大、透水能力越强；反之，岩性越细、分选性越差、孔隙度越小，透水能力越弱。
8．简述太砂基有效应力原理？在松散沉积物质构成的饱水砂层中，作用在任意水平断面上的总应力Ｐ由水和骨架共同承担。
及总应力Ｐ等于孔隙水压力Ｕ和有效应力Ｐ' 之和。
因此，有效应力等于总应力减去孔隙水压力，这就是有效应力原理。
9．简述地下水位变动引起的岩土压密？地下水位下降后，孔隙水压力降低，有效应力增加，颗粒发生位移，排列更加紧密，颗粒的接触面积增加，孔隙度降低，岩土层受到压密。
3．地下水位的埋藏深度和下降速率，对松散岩石的给水度产生什么影响？初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下降，重力水的一部分将转化为支持毛细水而保持于地下水面以上，给水度偏小；在细小颗粒层状相间分布的松散岩石，地下水位下降时，易形成悬挂毛细水不能释放出来，另外，重力释水并非瞬时完成，而往往迟后于水位下降，给水度一般偏小。
太原盆地地下水动态特征分析
太原盆地地下水动态特征分析作者：王胜利苗春燕来源：《中国科技纵横》2018年第18期摘要：利用多年地下水动态资料、系统分析了地下水动态变化规律、为合理开采地下水资源、环境治理提供科学的依据。
关键词：地下水水位；变化规律；动态特征分析中图分类号：P641.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）18-0147-031 研究区概况太原盆地位于山西省中部，太行山与吕梁山之间，盆地四周均为丘陵和山区环绕。
东部山区属太行山系，西部山区属吕梁山系。
盆地总体呈北东向展布，位于东径111°35′-112°59′，北纬36°50′-38°15′，包括太原市（六城区、阳曲县和清徐县）、晋中市（榆次区、太谷县、祁县、介休市和平遥县）及吕梁市（文水县、交城县、汾阳市和孝义市）盆地区域，总面积约为6195km2。
太原盆地属大陆性半干旱气候区，冬季寒冷干燥，夏季多雨，春秋短暂，冬春风沙，昼夜温差大，日照充足。
调查区12个站多年平均降水量（统计年限1985-2003年）为396-463mm，总的分布规律是南部多于北部，边山区多于盆地中央。
多年平均降水量小于400mm 的地区分布于盆地中部沖洪平原区；靠近边山的榆次长凝、介休、文水等地，其多年平均降水量在450mm以上；其它地区多年平均降水量为400-450mm。
与上世纪八十年代中期比较，本区多年平均降水量有减少趋势。
降水量的年内分布不均，夏季最多，秋季次之，冬季最少。
夏季（6-8月）降水量最多，占全年降水量55-60%；冬季（12-2月）降水量最小，仅占全年降水量的2-3%；春季（3-5月）降水量占全年降水量的15%左右；秋季（9-11月）降水量占全年降水量的22-28%。
但冬季蒸发少，春旱表现突出。
根据太原盆地12个站长系列气象资料，本区多年蒸发量为降水量的3.7倍。
冬季蒸发量为降水量的15倍左右，春季为9倍以上。
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。
地下水的特征
地下水的特征
地下水的特征水量稳定、水质好。
1、空间上的立体性地表上的江河水系基本上呈平面状态展布；而地下水流系统往往自地表面起可直指地下几百上千米深处，形成空间立体分布，并自上到下呈现多层次的结构，这是地下水流系统与地表水系的明显区别之一。
2、流线组合的复杂性和不稳定性地表上的江河水系，一般均由一条主流和若干等级的支流组合而成有规律的河网系统。
而地下水流系统则是由众多的流线组合而成的复杂的动态系统，在系统内部不仅难以区别主流和支流，而且具有多变性和不稳定性。
这种不稳定性，可以表现为受气候和补给条件的影响呈现周期性变化；亦可因为开采和人为排泄，促使地下水流系统发生剧烈变化，甚至在不同水流系统之间造成地下水劫夺现象。
3、流动方向上的下降与上升的并存性在重力作用下，地表江河水流总是自高处流向低处；然而地下水流方向在补给区表现为下降，但在排泄区则往往表现为上升，有的甚至形成喷泉。
除上述特点外，地下水流系统涉及的区域范围一般比较小，不可能象地表江河那样组合成面积广达几十万乃至上百万平方公里的大
流域系统。
根据托思的研究，在一块面积不大的地区，由于受局部复合地形的控制，可形成多级地下水流系统，不同等级的水流系统，它们的补给区和排泄区在地面上交替分布。
地下水流系统特征——以白垩系地下水盆地为例
ｌ 白垩 系 地 下 水 盆 地 水 文 地 质 结 构 特
征 ［ ］
白垩 系地 下 水盆 地 位 于鄂 尔 多斯 盆 地 西 部 ， 跨 地
孔 隙较 发 育 ， 南部 靠近 西缘 地段 富水 性差 外 ， 余地 除 其 区富水性 和导水 性均 较好 ， 区 内最好 的区域 含水层 。 是
维普资讯
２０ ０ ７ 水
Ｇｒ ｕｎ ａ ｅ ｏ ｄ ｗ ｔｒ
Ｍａ ２ ７ ｙ． ００ Ｖ ｏ ．２ ＮＯ ．３ １ ９
地 下 水 流 系统 特征
一
以 白垩系地 下水 盆地 为例
冬 ， 正平 ， 陶 李 瑛
赵振宏， 光才， 侯 王
（ 安 地 质 矿 产 研 究所 ， 西 西安 ７０ ５ ） 西 陕 １０ ４
［ 摘 要］ 以不 同的研 究尺 度 ， 白垩 系地下 水盆 地可 以划分 为若 干地 下水流 系统 。水流 系统的发 育
受含 水层补 给和排 泄条 件及 含水 系统 结构控 制 。每 一 个水流 系统都 具 有整体性 、 关性 、 相 等级 结构性 、 时 序性 、 态平衡 性 、 能性等特 征 。 动 功
＿— —
Ｔａ ｉ ｇ Ｃｒ ｔ ｃ ｏｕ ｏ ｎｄｗａ ｅ ｓｎ ａ ａ ｋ ｎ ｅ ａ ｅ ｓ Ｇｒ ｕ ｔ ｒ Ｂａ ｉ ｓ Ｅｘ ｍｐｌ ｅ
ＺＨ ＡＯ ｅ —ｈ ｎ Ｚｈ ｎ ｏ ｇ， ＨＯ Ｕ Ｇｕａ ｎｇ —ｃ ｉ ａ ，Ｗ ＡＮＧ Ｄｏｎ ｇ，ＴＡＯ ｅ Ｚｈ ｎｇ—ｐ ｎ ｉ ｇ， ＬＩ Ｙｉ ｎｇ
（ ’ｎ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｏｆＧｅ ｌ ｇｙ ａ ｄ Ｍ ｉ ｅ ａ ｓ ｕ ｃ ｓ， ’ ｎ ７ ０ ５４，Ｃｈｉ Ｘｉ ｎ ｔｔ ｔ ｏ ｏ ｎ ｎ ｒ ｌＲｅ ｏ ｒ ｅ Ｘｉａ １ ０ ａ ｎａ） Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｄｉｆ ｒ ｎｔｄ ｍｅ ｉ ｎ ｓｒ ｃ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｆｅ ｅ ｉ ｎｓｏ ｓ，ｔ ｒ ｔ ｃ ｏ ｏｕ ｄ ｔ ｒ ｂ ｓｎ ｃ ｎ ｂ ｖｄｅ ｎｔ ｈｅ ｃ ｅ ａ ｅ ｕｓｇｒ ｎ ｗａ ｅ ａ ｉ ａ ｅ ｄｉ ｉ ｄ ｉ ｏ
沉积盆地地下水动力场特征研究--以松辽盆地为例
沉积盆地地下水动力场特征研究--以松辽盆地为例楼章华;程军蕊;金爱民【期刊名称】《沉积学报》【年(卷),期】2006(024)002【摘要】盆地地下水动力场的形成演化与油气运移、聚集关系密切.由多个水动力体系组成的松辽盆地地下水动力场的形成与演化在平面上具有明显的不对称性,总体上盆地北部为大气水下渗向心流区;中央坳陷区为离心流区和越流泄水区;盆地南部以地下水的越流-蒸发泄水浓缩为主要特征,盆地边缘和隆起剥蚀区的局部地区为大气水下渗区.且形成在地层压力、流动方向、流体势、垂直压力梯度等方面各具特征的局部水动力单元.同时,地下水动力场的形成与演化具有阶段性,其水动力强度在纵向上具有分带性,由浅到深,可以划分出强、弱、停滞3个带.【总页数】9页(P193-201)【作者】楼章华;程军蕊;金爱民【作者单位】浙江大学海洋系,杭州,310028;浙江大学海洋系,杭州,310028;宁波大学建筑工程与环境学院,浙江宁波,315211;浙江大学海洋系,杭州,310028【正文语种】中文【中图分类】TE121.1+4【相关文献】1.松辽盆地北部东区扶杨油层地下水动力场演化与油气藏形成 [J], 楼章华;金爱民;孙毛明;朱蓉2.松辽盆地地下水动力场特征及铀成矿基本格架研究 [J], 魏云杰;许模;姚毅锋;宗以朋;岳淑娟3.岩石圈流变性与沉积盆地：以辽西—辽北—松辽盆地区为例 [J], 许敏;薛林福4.沉积盆地水文地质与砂岩型铀矿成矿关系——以松辽盆地开鲁坳陷砂岩型铀矿为例 [J], 陈振岩;满安静;陈星州;熊耀华;邵建欣;王雷;孙平5.论陆相含油气沉积盆地地下水动力场与油气运移、聚集 [J], 楼章华;金爱民;田炜卓;蔡希源;高瑞祺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
03地下水的基本类型及其特征
第三章 地下水的基本类型及其特征
2）影响潜水面变化的因素： i）地形——潜水面通常随地形起伏 而高低起伏，但起伏幅度较地形平缓； 山区地形切割较强烈，潜水面起伏幅 度较大，潜水面坡度较大，排泄条件 好；平原地区地形切割微弱，地势平 坦，潜水面起伏很小，排泄条件差。
第三章 地下水的基本类型及其特征
第三章 地下水的基本类型及其特征
2）潜水的排泄方式
泉——地形低洼处，地形切割到潜水面，潜水流 出地表，形成泉水。潜水补给的泉一般又称为下 降泉。泉水出流一般很平静，没有向上喷涌的情 况。下降泉的类型有侵蚀泉（a）、接触泉（b）、 溢流泉（c、d）。
第三章 地下水的基本类型及其特征
地表水——潜水高于地表水位时，地表水体附近 潜水流向地表水。湖泊周围、河流中上游常见。 为散流（线状）排泄。
结合水、毛细水在农业生产方面的研究很有意 义。
上层滞水通常季节性存在，与地下水面脱节， 可向地下水面流动。水量小，动态变化大，一 般没有供水意义。
第三章 地下水的基本类型及其特征
2、潜水 （1）潜水的概念
潜水是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上， 具有自由水面的重力水。
第三章 地下水的基本类型及其特征
iv）人为因素——人工浇灌、排水等也会 影响潜水面的高低及形状。人工浇灌可导 致潜水面的上升；而排水又可能形成潜水 降落漏斗（围绕着排水区的漏斗状的水位 下降区）。
第三章 地下水的基本类型及其特征
（4）潜水面的表示方法 1）水文地质剖面图
编制方法：在一般的地质剖面的基础 上加绘水文地质资料编制而成。按一 定的比例尺在具有代表性的坡面线上 绘出地形剖面，然后在图上表示出水 位、含水层、隔水层的岩性、厚度及 其变化等地质、水文地质要素。
长治盆地地下水演化特征分析
长治盆地地下水演化特征分析【摘要】：地下水在中国北方地区安全供水中扮演了极其重要的角色。
通过对长治盆地地下水水质演化的分析研究，可以为安全供水提供科学依据。
研究表明，盆地地表水与孔隙水具有密切的水力联系，盆地深部岩溶水在径流区和排泄区受地表水影响较弱；孔隙水主要阳离子含量自补给区向排泄区呈增加或减少趋势，但其上升或下降幅度各不相同。
盆地中深层孔隙水的主要阴离子含量也自补给区向排泄区逐渐增加，分析表明高TDS浅层孔隙水的越流补给、采矿与其他工业废水的排放以及农业活动是造成以上现象的重要原因。
【关键词】：地下水演化；水质；长治盆地1. 概述长治市位于山西省东南部，是山西省东南部的政治、经济、文化、交通中心，地理坐标在东经111°59′～113°44′与北纬35°49′～37°07′之间。
长治市东倚太行山与河北省的邯郸市、河南省的安阳市为邻，西屏太岳山与临汾市接壤，南部与晋城市相连，北部与晋中市毗邻，辖城区、郊区、潞城市、长子县、长治县、壶关县、平顺县、黎城县、屯留县、沁县、沁源县、武乡县、襄垣县13个县（市、区）,全市土地面积13896km2。
长治市四季气候差异分明，日照充足，雨量丰沛。
年均日照2570小时，年均气温8.6~10.4℃，年无霜期160天，年均降雨量600毫米。
长治市地处太行、太岳两大山脉的群山之中，整个地势东、北部高，西、南部低，中间为盆地，平均海拔1000米左右。
随着城市建设和农业生产的发展，供水需求量越来越大，地下水资源的开发利用日趋广泛，长期以来由于对地下水的开发缺乏统一规划和管理造成开采地下水布局不合理，开采井群在平面和空间上高度集中，不合理的开采状况改变了区域地下水天然流场，形成了以集中开采区为中心的大面积地下水位下降，因采煤引发的地面沉降裂缝、塌陷，改变了水文下垫面条件，由此引发了含水层被疏干，水井枯竭、泉水衰减或断流、水质恶化、地面沉降等多种环境地质问题。
8.水文地质学基础-地下水流系统解析
局部水流系统—5个；中间水流系统—1个；区域水流系统—1 个
稳定二维流模拟——稳定降水，3个定高程的汇(排泄)，多级水流系统
8.5地下水含水系统与地下水流动系统的比较
（1）整体性（系统性）：二者都属于地下水系统。 含水系统的整体性体现于它具有统一的水力联系，存在于同一
含水系统中的水是个统一的整体，在含水系统中的任何一部分 加入（补给）或排出（排泄）水量，其影响均将波及整个含水 层系统。含水系统是一个独立而统一的水均衡单元，是一个三 维系统；可用于研究水量乃至盐量和热量的均衡，边界属于地 质零通量边界，为隔水边界，是不变的。
国内使用“地下水系统”术语相当普遍。但是不同使用者赋予的 内涵不尽相同。因此，比较合适的做法是，尽可能采用定义明确的 “地下水含水系统”及“地下水流系统”这两个术语。
8.2地下水系统的概念
地下水系统是地下水含水系统和地下水流动系统的统一。 地下水含水系统是指由隔水或相对隔水边界圈闭的、由含水层和 相对隔水层组合而成的、内部具有统一水力联系的赋存地下水的 岩系。 地下水流动系统是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。
8.4地下水流动系统
介质场中地下水流动系统发育规 律：两种或更多个的地下水流动系 统时，它们所占据的空间大小取决 于两个因素： ① 势能梯度（I），等于源汇的势 差除以源汇的水平距离，I越大，其 地下水所占据的空间亦大； ② 介质渗透系数(K)，渗透性好， 发育于其中的流动系统所占据的空 间就大。
8.4地下水流动系统
8.4地下水流动系统
（2）水化学特征：在地下水流动系统中任意一点的水质取决于： ①输入水质； ②流程； ③流速； ④流程上遇到的物质及其可迁移性； ⑤流程上经受的各种水化学作用。
水文地质学：地下水的循环_流动系统
>>系统的多级性： *多源系统中易产生多级多个地下水流动系统； *流动系统发育的规模与数目的控制因素： 介质的渗透性， 系统中不同源汇的势差有关(地形起伏)。
(4)在同一空间中，流动系统与所在的含水系统 的边界是相互交叠的。
(5)在人为活动影响下，地下水流动系统会发生 变化，但变化受到大的含水系统边界的制约，通 常不会越出大的含水系统边界(图8-4)。
(3)地下水流动系统的水动力特征
>>水头分布：
*地形高处，为高势区(势源)；地形低处，为低势区(势汇)。 *垂向运动中，由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外， 势能向压能转化；由下至上，部分储存的压能释放转化为势能。 *水平运动中，由于上游的水头高度总要比下游高一些，因而 也是通过水的体积膨胀释放势能的。
二、研究意义 >>突破了把单个含水层作为功能单元的传统思维，力求
以系统的观点去考察、分析与处理地下水体： *地下水流动系统摆脱了传统的地质边界的制约，而以
地下水流作为研究实体。 >>揭示了地下水赋存与运动的整体性： *地下水流动系统的整体性体现于它具有统一的水流，
沿着水流方向，盐量、热量与水量发生有规律的演变，呈 现统一的时空有序结构，可用水流动系统的特点：
(1)区域水力连续性，从较长的时间尺度与较大的空间尺度 来考察问题，广大范围内的地下水存在着水力联系。
(2)地下水在流动中必须消耗机械能以克服摩擦。地下水的 补给提供了重力势能，驱动水运动。重力势能来源于地下水 的补给。地形控制着重力势能的分布，而不是地质条件。 Toth认为：从水力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆 地，而不是地质盆地，驱动水流的势来自区域地形高处，水 从地形高处向地形低处运动(图8-7)。
地下水流系统
目录页
PART TWO
地下水流系统的形成演变
地下水流系统的形成演变
➢ 地下水流系统概念→理论发展于20世纪80年代 • 1940年，Hubert正确地画出了河间地块流网 • 1963年，J.Tóth 用数学模型建立，提出地下水流系统的概念 • 1982年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） • 1983年底荷兰水文与地质学家Engelen来华进行了讲学，“地下水系统”（在地大、正 定水文所、北京水文地质公司）。
水系统中的水属于统一整体，在含水系统的任一部分加入（接受补给 ）或排出（排泄）水量，其影响均将波及整个含水系统。含水系统作 为一个整体对外界的激励作出响应。
地下水流系统的整体性，体现于统一有序的水流；水流以不同级 次方式有序运移，水量、盐量、热量发生有规律的时空演变，呈现为时空 有序的结构。
含水系统及水流系统——两者异同
由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→压能转化； 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
地下水流系统的水动力特征
垂向运动中（Engelen等，1986 ）： ➢ 由上至下，势能→压能转化； ➢ 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”现象在潜水盆地中也可以出现
含水系统与水流系统
2、 含水系统及水流系统 含水系统：是指有隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一 或潜在统一水力联系的赋存地下水的岩系。 地下水流系统——是指从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
华北山前小盆地地下水系统特征与管理模式——以山西省灵石县静升盆地为例
有 效 的管 理操 作 。
关 键 词 ： 山 前 小 盆 地 ；地 下 水 系 统 特 征 ； 管 理 ； 静 升 盆 地 ； 山 西 省 灵 石 县
中 图 分 类 号 ：Ｐ ４ ． （ ２ ） ６ １２ ２ ５
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１ ７ — ４ ８ ２ ０ ） ０ ０ ３ ． ４ ６ １ １０ （０ ８ １．０ ３ ０
介 休 断 裂 的 南 延 部 分 与 霍 山 断 裂 的 一 个 小 分 支 组
合 而 成 ，两 断 裂 走 向 近 南 北 ， 大 约 在 马 和 村 南 相
接 ，在 境 内 被 第 四 系 堆 积 物 所 覆 盖 。 东 南 边 界 为 绵
杂 ，地 貌 形 态 变 化 复 杂 ，境 内 山 岭 连 绵 ， 沟 壑 纵
供 水 压 力 逐 步 增 大 ，地 表 水 的 供 给 已 不 能 满 足 要
求 ， 对 地 下 水 的 开 采 日 渐 加 大 ， 如 何 探 求 得 切 实 可
行 的 高 效 的 水 管 理 模 式 ，实 现 水 资 源 的 可 持 续 利 用 和 合 理 配 置 ， 是 政 府 和 学 术 界 致 力 于 从 事 的 一 项 亟
Ｃ Ｃ Ｆ ｓ地 下 水 定 年 技 术 等 多 种 方 法 手 段 提 取 系 统 信 息 ， 并 以 此 为 基 础 ， 将 气 象 、 水 文 要 素 观 测 资 料 、 地 下 水 动 态 监 测 资 料 及 地 下 水 动 态 开 采 数 据 充 分 利 用 ， 建 立 动 态 管 理 数 字 平 台 ， 探 求
深 度 分析
华 北 山前 小盆 地 地 下水 系统 特征 与 管理模 式
以山西 省灵 石 县 静 升盆 地 为 例
黑河下游额济纳盆地地下水系统划分
黑河下游额济纳盆地地下水系统划分张 俊,孙自永,余绍文(中国地质大学环境学院,湖北武汉430074)[摘 要] 地下水系统的划分对于深入分析地下水的形成条件,揭示地下水的循环演化规律,进行区域地下水资源评价和规划具有重要的理论和现实意义。
在论述地下水系统的有关概念及划分方法的基础上,以西北典型内流盆地黑河下游额济纳盆地为例,对地形地貌、区域地质背景及系统内含水层和水流场进行分析,从中提取依据,确定系统边界,划分地下水系统,划分出4级系统,包括2个地下水亚系统(二级系统)、4个子系统(三级系统)。
[关键词] 地下水系统;系统划分;系统边界;额济纳盆地[中图分类号] T V21111+2 [文献标识码] A [文章编号] 1004-1184(2008)01-0012-03[收稿日期] [作者简介] 张俊(),男,山西太原人,硕士研究生,主要从事水文地质研究工作。
D i v i s i on of Gr oundwa ter System ofE ji n a Ba si n i n theL ower Rea ches of He i he R i verZHANG Jun,SUN Z i -yon g,Y U Sha o -wen(School of Envir onmental Studies,China University of G eosc iences,W uhan 430074,China )Abstra ct:The division of gr oundwate r syste m has i mportant theor e tical and practica l significance f or deep analyzing f or m ation conditi on of gr ound wate r,revealing the evolution rule of gr oundwater and evaluati on and p lanning of gr ound water res ource in area .The artic le discusse s som e r elative concep t and division m ethod of gr oundwater syste m and takes Ejina basin in l ower reache sof the Heihe R iver in Northwe st China as an exa mp le,ba ses on analysis of Terr a in and landf or m ,regi ona l geologic backgr ound,aquif e r and water fl ow in the gr oundwa 2ter syste m.Then gets basis,decides system bounda ries,divides int o the fourth grade syste m including t wo sec 2ond gr oundwate r syste m s (the second grade syste m ),the f our sub -system s (the third grade syste m ).Key wor d:gr oundwater syste m;system division;syste m boundaries;Ejina basin1 地下水系统地下水系统包含地下水含水系统和地下水流动系统两个基本组成部分[1]。
地下水基础—第八章 地下水系统
8.1 地下水系统
8.1.2 地下水系统的涵义
地下水系统之所以用“系统”一词来刻画，是因为除了它 本身所特有的物质表现形式外，它还具有广义“系统”的全部 属性和特征，而且可以采用系统思想加以考察，采用各种具体 的系统分析方法描述、分析和处理。
目前，地下水系统的定义有多种，具有代表性的有：
>>美国地调所水资源处的拉夫尔•C•海斯认为：地下水系统是指 从潜水面到岩石裂隙带底面的这一部分地壳，即作为地下水赋存 和运动的场所，由含水层（地下水运动的通道）和围闭层（阻碍 地下水运动）所组成。
第八章 地下水系统
8.1 地下水系统 8.2 地下水含水系统 8.3 地下水流动系统 8.4 地下水含水系统与地下水流动系统的比较
8.1 地下水系统
系统论在20世纪40年代由贝塔朗菲提出，在20世纪50～ 60年代应用系统工程解决复杂问题取得重大成功后，系统思 想与系统方法广泛地渗入到各学科领域，当然也渗入到水文 地质领域。
地下水系统的形成、发展以至消亡的过程是受环境 支配的。在一定自然环境中形成的地下水系统，必有与 环境的作用相适应的结构以及受环境的输入输出作用而 表现出一定的活动和行为。
要研究地下水系统，首先要区分哪些是系统的内部要素， 哪些是地下水系统的外部要素——环境要素。地下水系统内 部和外部环境之间的界限，即称为边界。
有时，地下水系统与环境的关系十分密切，构成系统 的各个组成部分都可以接受大气降水或地表水的补给，从 空间上，不易将系统划分为补、径、排三个子系统。但从 功能和作用而言，仍是三个子系统构成的。
>>在研究工作中，又常将地下水系统划分为地下水含水 系统和地下水流动系统。
根据含水介质的不同，将地下水系统划分为岩溶水子 系统、裂隙水子系统、孔隙水子系统；
关于蒋小伟同志申请破格晋升副教授的报告-中国地质大学北京
水资源与环境学院关于蒋小伟同志申请破格晋升副教授的报告蒋小伟同志于2011年在中国地质大学（北京）获工学博士学位，毕业后就职于水资源与环境学院。
自任职以来，一直工作在教学和科研第一线，对本职工作一丝不苟，兢兢业业，全心全意搞好教学和科研工作，取得了较显著的成绩。
经水资源与环境学院学术委员会讨论，一致同意推荐蒋小伟同志申请破格晋升副教授，具体理由如下：（1）思想政治素质好。
该同志一直以来积极参与学校、学院组织的各项活动，表现出当代年轻人较强的社会责任感。
2008年在我校攻读博士学位期间，参与了“5·12”汶川地震灾区地质灾害应急排查工作，受到国土资源部表彰。
先后于2007年和2008年参加了博士团暑期社会实践活动。
参加工作以来，担任地下水教工党支部组织委员，担任2011级地下水科学与工程专业两个班的班主任。
2012年荣获中国地质大学（北京）“优秀团员”称号。
（2）教学效果良好。
在教学工作中，2011~12学年主讲本科生专业基础课《流体力学与流体机械》（48学时），合讲本科生实践必修课《环境工程综合实验（一）》、硕士生专业必修课《地下水科学与工程进展》和硕士生专业选修课《地下水流动数值模拟》。
教学效果良好，得到学生的较高评价，主讲的《流体力学与流体机械》课程的学生评教等级为“优秀”。
2012年指导3名本科生完成毕业论文（其中1名成绩为优秀），协助指导1名硕士生完成毕业论文。
目前协助指导博士研究生3名，硕士研究生2名。
此外，还积极参与教学改革，现已发表教学法论文1篇。
（3）科研成果突出。
目前主持中央高校基本科研业务费项目1项，以项目第二负责人身份参加中国地质调查局工作项目1项。
在科研工作中，以区域地下水流理论为主攻方向，对盆地地下水流动系统的水动力学特征和影响因素开展了系统的定量研究，并建立了盆地地下水流动系统和地下水年龄空间分布的定量关系，这些理论成果在鄂尔多斯盆地地下水循环演化规律研究中取得了良好的应用效果。
地下水的分类方法及按含水空间分类特征
地下水的分类方法及按含水空间分类特征摘要地下水指赋存和运动与地表以下土层和岩石空隙中的水。
地下水和地表水一样，是水资源的重要组成部分。
地下水以其良好的水质和稳定的供水条件，成为工农业和城市供水的重要水源。
作为水资源的一部分，地下水的不合理开发和利用，又造成了地下水资源的减少和地下水环境的、恶化。
因此，研究地下水的形成和类型，研究地下水与地表水及大气降水之间的转换以及地下水的动态变化规律，对于城市供水和区域资源的可持续利用具有重要的意义。
本文介绍了地下水，地下水的分类以及按含水空间分类特征。
地下水的分类方法中，对地下水按埋藏条件分类和按含水空间分类的简要叙述；主要介绍了不同空隙性地下水的分布特征，包括孔隙水，裂隙水，溶岩水的特点和分布特征。
关键词：地下水；孔隙；裂隙；溶隙1地下水概述地下水指赋存和运动与地表以下土层和岩石空隙中的水。
地下水和地表水一样，是水资源的重要组成部分。
存在于岩石空隙中的水体，与岩石圈、水圈、生物圈中的水分发生着各种形式的联系，参与着自然界的水循环过程。
地下水主要来源于大气降水和地表水的入渗补给，又以蒸发和蒸腾形式将水分散发到空中，同时以地下径流的方式注入海洋或陆地上的地表水体。
地下水以其良好的水质和稳定的供水条件，成为工农业和城市供水的重要水源。
作为水资源的一部分，地下水的不合理开发和利用，造成地下水位下降形成的地下水降落漏斗、地面沉降、地下水污染等问题。
因此，研究地下水的形成和类型，研究地下水与地表水及大气降水之间的转换以及地下水的动态变化规律，对于城市供水和区域资源的可持续利用具有重要的意义。
2地下水的分类方法地下水埋藏和分布于地壳岩石中，因此岩石的成分和性质、岩石空隙的打消、形状及其成因等必然会影响到地下水的物理性质、化学成分、循环条件以及动态变化。
为了充分利用和研究地下水资源，有必要对地下水进行科学的分类。
地下水的分类原则是要反映出地下水的赋存特征。
埋藏条件和含水介质是最主要的两个赋存特征，它们对地下水水量和水质的时空分布有着重要意义。
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盆地含水系统与地下水流动系统特征
大型盆地是人类相对聚居的地方,通常蕴藏着丰富的能源和矿产资源,有的还是重要的粮食生产基地。
随着社会发展和工农业用水增加,盆地地下水资源的开发利用规模日益加大,引发了一系列地质环境问题,危及供水安全、粮食安全和重大工程安全。
地下水资源的可持续利用已成为关系社会和谐发展的关键问题之一。
深入认识大型盆地地下水流动规律是合理开发利用地下水资源的基础,也是现代水文地质学面临的挑战之一。
在区域水文地质学的发展过程中,Tóth (1963)提出了地下水流动系统理论,较好地刻画了盆地地下水的补给、径流与排泄规律。
该理论基于重力驱动的基本原理,利用解析解研究发现,盆地中可以发育局部、中间和区域三个不同级次的流动系统,各个系统具有相对独立的水动力学和水化学特征。
Freeze和Witherspoon (1967)从渗透系数分布和盆地形状两个方面讨论了地下水流动系统的影响因素,进一步完善了地下水流动系统理论。
Freeze和Witherspoon (1967)的研究仅考虑了简单的非均质性和各向异性对地下水流动系统的影响,未对流动系统的影响因素开展系统的研究。
Tóth (1980)认为多个流动系统的交汇可以形成有利于矿产和油气聚集的滞流区,但对滞流区的形成机理的认识一直停留在定性分析阶段。
在地下水流动系统理论的实际应用中,划分各个不同级次流动系统的分布是极为重要的,虽然Tóth (1963)给出了某一级次流动系统的定义,但是对如何精确划分各个级次的地下水流动系统一直缺乏既完善又简便的方法。
地下水年龄(或示踪剂浓度)是分析盆地地下水流动系统及校正地下水模型
的重要指标,地下水年龄与流动系统的水动力学特征的相互关系至今尚未建立。
针对这些问题,本文开展了以下理论和实际研究。
在系统总结前人关于渗透结构研究的基础上,本文将盆地含水系统的非均质性总结为四大类型,分别是带状、层状、岩相和压密非均质性,其中压密非均质性是最普遍的特征,表现为渗透性随深度衰减。
通过分析岩体自重应力与渗透性的关系,从理论上分别推导了多孔介质和裂隙介质渗透性与深度关系的数学模型。
对于多孔介质,自重应力的增加引起孔隙度的减小,进而造成渗透性的减小,根据自重应力与孔隙度、渗透率之间的相互关系,本文推导了多孔介质渗透率与深度关系的数学模型,并成功解释了美国Pierre页岩在不同深度范围的渗透率实测数据。
对于裂隙介质,自重应力的增加引起裂隙闭合,同时裂隙频率也随深度减小,两者共同作用造成渗透性随深度衰减。
根据自重应力与单一裂隙隙宽、导水系数之间的相互关系,推导了单一裂隙导水系数与深度关系的数学模型,此基础上考虑裂隙频率与深度关系,给出了裂隙岩体渗透率与深度的关系式,所得模型合理地解释了瑞典Stripa花岗岩渗透率与深度的复杂关系。
根据裂隙介质的模型,本文提出了一种利用渗透性与深度的非线性关系估算大尺度岩体裂隙法向刚度和变形模量的方法。
研究还发现,在多孔介质和裂隙介质中,渗透性随深度衰减的负指数公式都是本文推导的模型在简化条件下的特例。
在盆地为均质各向同性这一严格的假设条件下,Tóth (1963)推导出二维剖面上水头分布的解析解,初步分析了地下水流动系统的基本特征。
本文对Tóth (1963)的数学模型做了改进,推导了具有压密非均质性和各向异性的盆地中二维剖面上水头和流函数的解析解,使得精确分析流动系统的水动
力学特征、确定驻点位置及其影响因素成为可能。
研究表明,局部流动系统可分为顺向和逆向两类,驻点可分为局部和区域两类。
顺向局部流动系统的流动方向与区域流动系统的流动方向相同,而逆向局部流动系统的流动方向与区域流动系统的流动方向相反。
局部驻点位于逆向局部流动系统下方,是四个流动系统交汇的部位,可以用于精确划分不同级次流动系统,确定局部和中间流动系统的穿透深度。
区域驻点位于区域最低排泄区和区域分水岭下方的盆地底部,是两个区域流动系统发生汇聚或者发散的部位。
压密非均质性和各向异性对地下水流动系统的发育有重要影响。
随着衰减系数的增加,局部驻点深度增加,局部流动系统的穿透深度随之增加;随着各向异性比的增加,局部驻点深度减小,局部流动系统的穿透深度随之减小。
衰减系数和各向异性比的增加不改变盆地中补给区与排泄区的位置分布,但都会引起盆地地下水的总补给量减小。
利用实测示踪剂年龄校正地下水模型,是当前国际水文地质学研究的前沿与热点。
在数值模拟计算中,地下水年龄有三种确定方法,分别是利用“活塞流”模型计算对流年龄、根据同位素浓度结合半衰期计算浓度模拟年龄和利用地下水年龄控制方程计算直接模拟年龄。
地下水年龄控制方程是基于“年龄质量”守恒这一概念获得的,利用该方程计算的直接模拟年龄适合于从理论上分析盆地中的地下水年龄空间分布规律。
研究发现,在各级次流动系统内,从补给区到排泄区,地下水年龄有整体上变老的趋势;局部驻点附近,两个流动系统的地下水发生汇聚的部位,地下水年龄存在一个偏大的峰值;盆地下游,地下水年龄在垂向上会发生突变,可作为识别不同级次流
动系统的实用指标;盆地上游,区域补给区附近,当局部驻点接近或到达盆地底部时,会形成全盆地地下水年龄最老的滞流区,有利于矿产的形成;压密非均质性是影响盆地中地下水年龄分布的重要因素,孔隙度和渗透系数随深度的衰减会显著影响地下水的模拟年龄。
最后,选择鄂尔多斯白垩系盆地典型剖面作为实例,研究了含水系统特征以及地下水流动系统的水动力学特征和年龄分布规律。
该剖面上,含水系统具有层状、带状、岩相和压密非均质性以及宏观各向异性特征。
在分析含水系统边界条件和地下水补径排关系的基础上,综合考虑四种类型的非均质性以及宏观各向异性,建立了地下水流动和年龄分布的剖面数值模型,并用实测水头和年龄资料进行了模型校正。
研究表明,四十里梁是区域性分水岭,形成东、西两个相对独立的地下水流动系统。
在东部,含水系统厚度较小,局部流动系统占优势,地下水年龄普遍较小,然而,在靠近四十里梁的地形低处,由于局部驻点接近盆地底部,形成了全盆地地下水模拟年龄最老的滞流区;在西部,含水系统厚度较大,同时发育了局部、中间和区域三个不同级次的流动系统,浅部的地下水年龄普遍比较小,而深部的地下水年龄较大,都思兔河附近的局部驻点位于含水系统的中间部位,其下方的滞流区内地下水年龄比周围区域老,出现局部驻点附近含水系统中部地下水比底部地下水更老的现象。
该模型全面验证了本文理论研究部分涉及的地下水流动系统的水动力学特征和年龄分布规律。
本文关于盆地含水系统和地下水流动系统的研究,可对我国各大盆地下一阶段的地下水勘查提供理论指导,加深对大型盆地地下水循环规律的认识,促进地下水资源的可持续开发利用。