第9章 地下水动态与平衡
水文地质学基础A教学大纲
水文地质学基础A教学大纲01.教学单位名称：环境与资源学院02.课程代码：64200303.课程名称：水文地质学基础A04.课程英文名称：Foundation of Hydrogeology05.课程类别：学科基础课06.课程性质：必修07.课程学时：48学时，其中包含实验8学时08.课程学分：309.授课对象：地下水科学与工程/水文与水资源工程.开课学期：4学期（春季）10.选用教材：张人权主编：《水文地质学基础》，地质出版社，2011年，第六版.主要参考书：[1]薛禹群主编：《地下水动力学》，地质出版社，2001年，第二版[2]沈照理等编著：《水文地质学》，科学出版社，1985年[3]R.H.布朗等编，赵耿忠、叶寿征等译：《地下水研究》，学术书刊出版社，1989 年[4]任天培主编：《水文地质学》，地质出版社，1986年[5]霍崇仁等编：《水文地质学》，水利电力出版社，1986年[6]朱学愚、钱孝星编著：《地下水资源评价》，南京大学出版社，1987年[7]R.A.费里泽著，吴静芳译：《地下水》，地质出版社，1987年[8]石振华，李传尧主编：《城市地下水工程与管理手册》，中国建筑工业出版社，1993年[9]王大纯，张人权等主编：《水文地质学基础》，地质出版社，1995年，第五版.大纲执笔人：11.课程中文简介：水文地质学基础是水文与水资源工程、地下水科学与工程专业的学科基础课。
课程主要讲授水文地质学的基本概念、地下水运动的基本规律、地下水化学成分的形成作用、地下水动态与均衡、不同类型地下水的基本特征等，为本专业的其它课程学习奠定良好基础。
12.课程英文简介：Foundation of Hydrogeology is a specialized course in Groundwater Science and Engineering, and Hydrology and Waler Resources Engineering. The course inlroduces the basic concepts in hydrogeology, the physical mechanics of groundwater flow, the hydrogeochemical characterizations and processes, groundwater regime and balance, and groundwater types. The knowledge herein forms the foundation of learning the hydrogeology.13.京程装承任务、教学目的和教学要求教学任务：本课程主要讲授地下水的功能，水文循环及其影响因素，岩石的空隙类型及地下水类型，地下水运动的基本规律，地下水化学成分的形成作用及水化学分析表示方法，地下水的补给与排泄，地下水系统，地下水动态与均衡，孔隙水、裂隙水和岩溶水的基本特征等基础理论和方法。
地下水的动态与均衡
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念 第2节 地下水动态 第3节 地下水均衡
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
一、动态（groungwater regime）
地下水旳各要素（水位、水量、水质、水温、流速、流 向等）在自然和人为原因旳综合影响下随时间作有规律旳 变化。
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
地形低旳地方，接近排泄区，不断得到地下水径流 补给，水位变化不明显。
第2节 地下水动态
（2）地质原因
岩性：长久缓慢影响。同一地方，同一雨季，细粒中旳水 位变化明显，粗粒中变化不明显。径流—排泄条件
包气带岩性、厚度对降水脉冲起滤波作用。包水带潜水储 存量为给水度（μ）与水位变幅（Δh）之积，给水度决定水 位旳变化；承压含水层因弹性给水度（贮水系数）比给水度 小1~3个数量级，承压水水位变化大。
第2节 地下水动态
气候还存在数年旳周期性波动。例如，周期为23年旳太阳黑子 变化，影响丰水期与干旱期旳交替，从而使地下水位呈同一周期 变化。
第2节 地下水动态
（2）水文原因
地表水体补给地下水而引 起地下水位抬升时，伴随远 离河流，水位变幅减小，发 生变化旳时间滞后。
河水对地下水动态旳影响 一般为数百米到数公里，在 此范围外，主要受气候原因 旳影响。
地下水均衡研究内容：拟定均衡区与均衡期、 拟定均衡方程式、
地下水均衡各收支计算、 均衡计算成果校核与分析
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
三、动态与均衡旳关系
地下水资源不同于其他矿产资源旳最主要区别，在于其 质和量总是随时间不断变化着。动态是均衡旳外部体现， 均衡是动态变化旳内部原因。
第1节 地下水动态与均衡旳基本概念
第九章影响地下水异常变化的干扰因素及其排除方法
第九章影响地下水异常变化的干扰因素及其排除方法目前，人们在利用地下水异常变化预报地震方面还没有充分的把握，原因之一就是不能有效地排除各种干扰因素，往往把干扰引起的异常现象误认为地震前兆，或由于干扰的掩盖而发现不了真正的震兆。
因此，排除干扰，识别异常，是目前利用地下水预测预报地震中的一项重要课题。
第一节影响地下水位异常变化的干扰因素一、人为用水居民点附近的观测井，常因人们的生活用水而受到干扰，例如，生产大队和公社驻地，在开会期间或节、假日时，用水量激增，往往造成井水水位剧降，甚至井干见底的现象。
居民点外的观测井，主要是工矿用水或灌溉用水的干扰。
例如有些工厂和矿山为了生产和施工的需要，大量抽取地下水，这时可造成附近井水水位陡降。
大量抽取地下水进行灌溉也可引起类似的情况出现。
在地下水位动态下降期，用水干扰不易识别，有时表现为大幅度下降的特点，但非全区性。
在地下水动态上升期或其它干扰为上升性质时，人为用水可引起单井或一小片范围内的井水水位下降。
对于人为用水干扰，需进行认真调查核实用水情况，予以排除。
此外，水位观测应在用水之前进行，以免干扰。
二、地表水与农灌水地表水主要指河流、渠道水，其影响特点是沿河渠两侧呈长条形规整变化。
井、泉水和河渠可依地形及气候的变化而互相补给，因此易于识别。
例如，在江河水位高于两岸的地区，由于河水补给，靠近河岸两侧的井水水位随河水水位的涨落而变化，有时甚至在河岸附近的低洼地带，可能出现喷水冒沙现象，黄河和淮河的下游地区，经常会遇到这类现象。
农田灌溉水渗入地下（尤其是渠灌），可引起地下水水位上升。
丘陵或山区的水井往往修建在沟、塘及水田旁，因此受地表水影响较大。
此外，随着农业学大寨运动的普遍开展，各地兴修了大量的水利工程，有些新挖的河渠中往往残存了一些用来标志挖方的土埂或土柱，因此当上游库、坝开闸放水时，在这些地段易引起水位陡涨现象，甚至出现打旋、涌起水浪等。
只要我们注意调查周围情况，就不难去伪存真，排除假象。
水文基础知识点总结
水文地质学复习资料§1 绪论1、水文地质学是一门研究地下水的科学2、水文地质学的研究内容：研究地下水与周围环境（岩石圈、水圈、生物圈、大气圈）及人类活动的相互作用下，其水质、水量的时空变化规律；并研究如何运用这些规律兴利除害，造福于人类。
§2 地球中水的分布与循环1、水文循环是指发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中地下水之间的水循环。
大循环是指海洋或大陆之间的水分交换。
小循环是指海洋或大陆内部的水分交换。
2、地质循环是地球浅部层圈和深部层圈之间水的相互转化过程。
3、湿度：表示空气中水汽含量或空气干湿程度的物理量，是大气中的水汽含量。
有绝对温度、相对湿度、饱和差和露点等多种表示方法。
4、绝对湿度：表示某一地区某一时刻中的水汽含量，即单位体积空气中所含水汽的质量。
用重量表示时，符号记为m，单位为g/m3；用压力表示时，符号记为e，为空气中所含水汽分压，相当于水银柱高度的mm数或mba（1mba=102Pa），表示空气中水分的不饱和程度。
5、相对湿度：大气中实际水汽含量与饱和时水汽含量的比值，亦即绝对湿度与饱和水汽含量之比，数值上也等于实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比值，即r（%）=e/E×100%=m/M×100%式中，f为相对湿度，以百分数表示，表示实际水汽压，单位为毫米隶柱；E为饱和水汽压、（同一温度下，水汽压的最大值）。
6、蒸发：是指常温下水由液态变为气态进入大气的过程，亦即温度低于沸点时，水分子从液态或固态水的自由面逸出而变成气态的过程或现象。
7、径流是指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的现象。
为水流的重要环节和水均衡的基本因素。
分为地表径流和地下径流。
8、水系是指汇流于某一干流的全部河流所构成的地表径流系统。
9、流域是指一个水系的全部集水面积，亦即地表水、地下水的分水岭所包围的集水区域。
10、分水线（分水岭）是指相邻两个流域之间地形最高点的连线。
水文地质学基础课件——第九章 地下水的动态与均衡
特点：大面积，普遍产生影响(尤其对潜水）；
主要有降水与蒸发因素
气候特征表现为：
降水的年内季节性变化
降水的多年变化（如11年周期）
昼夜变化
与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化
昼夜变化 --在许多地区不明显
多年变化 --研究周期长
年内变化 --最突出
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第2节 地下水动态
思考：解决生产实际问题时如何考虑地下水的水 位动态？
量变化等.矿坑排水 ,土壤改良——排水与灌溉
•进行地下水资源计算和管理，建立数学模型时必须
研究动态与均衡。
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第2节 地下水动态
一、地下水动态的形成机制 降水—补给地下水系统—水位上升—动态变化 激励—脉冲式的降水 响应—波状信号的信息
地下水水位对外界输入（降水）响应的特点： （1）滞后和延迟现象 （2）有叠加现象
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第2节 地下水动态
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第2节 地下水动态
开采状态下地下水流态剖面示意图
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第2节 地下水动态
地下水位降落漏斗剖面图
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第2节 地下水动态
地下水位与开采量关系图
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第2节 地下水动态
某库水位与钻孔水位过程线
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第2节 地下水动态
地下水动态类型
根据排泄方式和水交替条件，潜水的动态类型分为： 渗入—蒸发型：分布在干旱、半干旱的平原或山间 盆地中心。 补给：降水、地表水入渗 （但不丰沛） 径流：微弱 排泄：蒸发为主 动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变化明 显，长期中地下水不断向盐化方向发展，土壤易盐 渍化。
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第2节 地下水动态
地质因素是间接且相对稳定的因素（相当于滤波器） 气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓 地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用。
第九章地下水的动态与均衡
二、水均衡方程式:
收入项（A） 大气降水量X
A－B＝△W 1.天然状态下总的水均衡：
支出项（B） 地表水流出量Y2 储存量变化△W 地表水变化量V
地表水流入量Y1
地下水流入量W1 水汽凝结量Z1
地下水流出量W2
蒸发量Z2
包气带水变化量m
潜水变化量μ·△h 承压水变化量 e hc
☆水均衡方程式为： X - ( Y2－Y1 ) - ( W2-W1 ) - ( Z2-Z1 ) h ＝V + m + μ·△h + e c
四、人类活动影响下的地下水动态
人类活动通过增加新的补给来源或新的排泄去路，而改
变地下水的天然动态。
☆若新增加的补给量与新增加的排泄量相等，会出现新
的动态平衡。
☆若天然排泄量的减少量与新增加的补给量之和不足以
补偿人工排泄量时，将导致地下水位持续下降。
☆兴建水库、引水灌溉等，增加了地下水的补给来源，
导致地下水位上升。在干旱半干旱区会因强烈蒸发而出现土 壤盐渍化。
①查清地下水补给、排泄与资源条件、含水层之间、含水层与 地表水之间的关系；
②认识区域水文地质条件；
③进行水量和水质评价；
④地下水资源合理开发利用与保护管理，防止地下水危害； ⑤检验水文地质结论。
9.2 地下水动态
一、地下水动态的形成机制 间断性的降水， 通过含水层变换, 转化为连续的地 下水位或泉流量 变化。
3. 地质因素 ①包气带岩性与厚度：
控制着地下水位对降水的响应。
②含水层的岩性：
一般粗颗粒的K、μ值大，一定补给量变化所
引起的水位变化幅度小。 ③固体潮、地震等 可引起承压含水层的水位变动。
三、地下水天然动态类型
地下水动力学课后思考题及其参考答案
(4)请指出地下岩溶集中发育的常见地质构造部位。
P131中。
第十四章 地下水资源
(1)对比以下概念
地下水补给资源、地下水储存资源。
P142。 (2)辨析论述：
只要地下水开采量小于天然补给量，就不会动用地下水的
储存资源？ 不正确。
(3)阐述地下水补给资源的性质和供水意义。
P143。
(4)如果采排地下水一段时间后，新增的补给量及减少的 天然排泄量与人工排泄量相等，含水层水量达到新的平衡 。在动态曲线上表现为：地下水水位在比原先低的位置上
1从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水其中分布有大气水地表水地下水以及生物体中的水这些水以自由态ho分子形式存在液态为主也呈现固态气态存在
绪 言 第一章 地球上的水及其循环
(1)从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中分布有大气水
、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以 自由态H2O分子
形式存在， 液态 为主，也呈现 固态 与 气态 存在。 详见P6。
第五章 包气带水的运动
(1)当潜水水位下降时，支持毛细水和悬挂毛细水的运动有什么不 同特点？ 当潜水水位下降时，支持毛细水随水位向下运动，悬挂毛细水
不运动。
(2)对于特定的均质包气带，其渗透系数随着岩石含水量的增加而 增大直至为一常数，所以渗透系数是含水量的函数；
正确。参见P48中。
(3)当细管毛细上升高度为10cm，粗管毛细上升高度为5cm时，A管、B管、C 管毛细上升高度各为多少？
P57中。
(5)在某含水层的局部地区，沿着地下水流动方向， SO42-浓度显著下 降，HCO3-浓度则显著升高，试回答以下问题： (A)什么样的化学作用可能引起这种变化？ 脱硫酸作用。 (B)与此相对应，地下水中其它水化学组分可能发生哪些变化？ SO42-浓度显著下降，H2S、HCO3-浓度则显著升高。 (6)试用掌握的地下水化学知识解释以下现象： (A)油田储层地下水中H2S，NH4+浓度较高，而SO42-，NO3-含量很低； 在还原环境，脱硫酸作用所致。 (B)灰岩地区的泉口出现钙华。 脱碳酸作用所致。 (7)阐明影响溶滤作用的影响因素和产生浓缩作用的条件。 参见P56。
20年东大网考《水文地质学基础》试题库及参考答案
第九章 地下水的动态与均衡
9.2.3 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，可以帮助我们 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动态使之 朝向对人类有利的方向发展的措施。 某灌区潜水均衡方程式为：
f 1 、f 2 ——分别为灌渠水及田面灌水入渗补给潜水的水量； Q t——下伏承压含水层越流补给潜水的水量； Q r——通过排水沟排走的潜水水量；
地下水均衡——某一地段内地下水水量（盐 量、热量、能量）的收支状况。
地下水动态与均衡的分析，可以帮助我们查清地下水的补给 与排泄，阐明其资源条件，确定含水层之间以及含水层与地 表水体的关系。 动态与平衡是一个广义的概念，各领域都存在收支问题，本 章着重研究方法和理论、以及应用。
9.1 地下水的动态
1．影响地下水动态的因素主要有哪几类？ 2．影响地下水动态的气象因素主要有哪些？如何 影响？ 3．影响潜水动态的地质因素有哪些? 如何影响？ 4．影响承压水动态的地质因素有哪些? 如何影响？ 5．写出潜水均衡方程? 并说明各项的意义？ 6 ．一个地区，如何依据地下水动态变化特征，分 析地下水均衡状况（或特点）。 7 ．强烈人工开采条件下，抽水井的水有哪些来源？ 潜水均衡方程式将有哪些变化。 8．说明地下水动态的形成机制? 9．潜水动态分几种类型? 各类型有何特征 ?
10．人类活动是如何影响地下水动态的? 11．研究地下水动态与均衡有哪些意义? 12．某水源地位于一正方形区域内，边长为 10Km公里，区域面积为100Km2。多年平均 降水量为600mm， 降水入渗系数为0.2，地 下水位埋深大，无蒸发。周边均为补给边界， 单宽流量为５m3 / (d)，水源地开采量为每年 1千万立方米，该水源地是正均衡还是负均 衡?
9第九章 地下水的动态与均衡
第九章地下水的动态与均衡地下水动态：groundwater regime地下水均衡：groundwater balance (budget)9．1 地下水动态与均衡的概念地下水动态––––在与环境相互作用下，含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化，称作地下水动态。
地下水均衡––––某一时段内，某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况称作地下水的均衡。
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：①为了合理利用地下水或有效防范其危害，必须掌握地下水动态。
②查清地下水的补给与排泄，阐明其资源条件，确定含水层之间以及含水层与地表水水体的关系。
目前：研究较多的是水位动态，水量均衡。
9．2 地下水动态1．形成机制：分析一次降雨对地下水位的影响：输入（降雨）脉冲信号含水层输出（水位升高）波信号滞后时间持续时间地下水位的升高过程表现为一个连续波形图形。
当相邻的两次或更多次降雨接近时，各次降雨引起的地下水抬升的波形便会相互迭加，当各个波峰某种程度迭加时，会迭加成更高的波峰，地下水位会出现一个峰值。
实际情况下往往是各个波形波峰与波谷迭加，削峰填谷，构成平缓的复杂波形。
对泉水流量的影响也类似。
间断性的降水，通过含水层的变化将转化为比较连续的地下水位的变化或泉流量的变化。
2．影响地下水动态的因素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。
第九章 地下水动态与均衡
（2）承压水：动态均属径流型，动态变化程 度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好， 水交替愈强烈，水质的淡化趋势越明显。
3、人类活动对地下水动态的影响 （1）开采地下水 1）天然排泄量的一部分或全部转为人工排泄量→ 天然 排泄不复存在或数量减少。如泉流量减少，泄 流量减少，蒸发减弱。 2）还可增加新的补给量：如原含水层向河流排泄， 开采后变成接受河流补给。 3）使过浅的地下水位变深。增加入渗补给。 4）开采量=天然排泄量+由开采袭夺的补给量。地 下水收支可以平衡。 5） 开采量>天然排泄量时，过量开采导致地下水 位持续下降。 （2）人类活动（如修水库或灌溉）使地下水接受 补给的影响→地下水位抬升→发生盐渍化 。
（4）典型的湿润山区潜水均衡方程 Xf+Yf=Qd
上式表明：入渗补给的水量全部以径流形式排 泄，属于入渗——径流型地下水动态类型。
3、大区域地下水均衡研究需要注意的问题
从供水角度出发，地下水可供长期开采利用的水 量，是含水系统从外界获得的多年补给量。 在求算补给量时应注意避免上下游之间，潜水承 压水之间，以及地表水与地下水之间水量的重复计 算。 以图9-11堆积平原含水系统的地下水均衡为例， 它可以分为包含潜水的山前冲洪积平原及包含潜水 及承压水的冲积湖积平原两大部分。天然条件下多 年水量均衡，地下水储存量变化为零，即补给量= 天然排泄量。各部分的水均衡方程如下：
若简单的将各部分水量收人项累加，则显然比整 个系统的水量收入项多了W2及Qt两项，出现了重复 计算。
（5）讨论W2和Qt 据式（10-8）：W2=Xf1+Yf1+W1-Zu1-Qd ，说明 W2是由山前冲洪积平原补给量的一部分转化来的。 而Qt=W2-W3 说明收入项Qt也是转化来的。所以不 能将W2,Qt加入总均衡方程式中去。
第十章地下水的动态与均衡课件
第3节 地下水天然动态类型
1、潜水 潜水及松散沉积物浅部的水，可分为三种主要动态 类型：蒸发型、径流型及弱径流型。 （1）蒸发型
出现于干旱半干旱地区平原或盆地。地下水径 流微弱，以蒸发排泄为主。
动态变化特点：年水位变幅小，各处变幅接近， 水质季节变化明显。发展趋势是地下水盐化，土壤 盐渍化。
五、人为活动
井孔开采：井孔开采导致泉流量减少或枯 竭、向河流泄流减少或停止、蒸发量减少 等。
如果新增的补给量以及减少的天然排 泄量之和等于人工排泄量，地下水达到新 的均衡，地下水位维持在原先高程更低的 位置，以更大的浮动变动，但不会持续下 降。
井孔开采
如果人工开采量过大，新增的补给量 及减少的天然排泄量之和小于人工排泄量， 地下水位持续下降。
包气带厚度和地下水埋藏深度不同时，地下水位对一次降 雨的响应也是不同的。下图：1为渗透性良好的岩溶，2为 渗透性和厚度适中的砂岩，3为渗透性差且埋深大的粘土。 三者的时间滞后和时间延迟分别见图，很短的尖峰、中等 的波峰和很大的缓峰。若降雨为若干次，则形成叠合波峰。
地下水动态的本源因素是随时间变动的因素：包括气象因 素、水文因素、生物因素，地质营力因素和天文因素等。 地下水动态的转换因素主要是地质结构及水文地质条件。 如地质构造、含水层类型、岩性、地下水埋藏深度等。
修建水库：拦截蓄水，抬高地下水位，易引起次生沼泽化 或盐渍化，基岩地区导致岩体工程性降低。
引用地表水灌溉：引来外来水，抬高地下水位，易引起次 生沼泽化或盐渍化。
注意：在干旱半干旱地区，地下水人工排泄可以减少蒸 发量，也可以减轻乃至消除原有的土壤盐碱化，所以经常 排泄地下水很有利；但是注意“度”，人工排泄过多，导 致地下水位大幅度降低，减少了向河流的泄流，破坏原来 的水文系统以及相关的生态环境系统的平衡。
水文地质学试试题库及参考答案
绪论一、名词解释1、水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究地下水与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质在时空上的变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利避害，为人类服务。
2、地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
二、填空题1、水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。
2、地下水的功能主要包括：资源、地质营力、致灾因子、生态环境因子、和信息载体。
三、问答题1、水文地质学的研究对象答：（1）地下水赋存条件；（2）地下水资源形成条件及运动特征；（3）地下水的水质；（4）地下水动态规律；（5）地下水与环境的相互关系；（6）地下水资源的开发利用。
第二章地球上的水及其循环一、名词解释：1、水文循环：发生于大气水、地表水和地壳浅表地下水之间的水文交换。
水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。
2、地质循环：发生于大气圈到地幔之间的水分交换3、径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
4、海陆之间的水分交换称为大循环，海陆内部的循环称为小循环。
二、填空1、自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及圈层的范围，分为水文循环和地质循环。
2、太阳辐射和重力水循环是水文循环的一对驱动力，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。
3、主要气象要素有气温、气压、湿度、蒸发、降水。
三、问答题1、简述水文循环的驱动力及其基本循环过程？水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。
地表水、包气带水及饱水带中浅层水通过蒸发和植物蒸腾而变为水蒸气进入大气圈。
水汽随风飘移，在适宜条件下形成降水。
落到陆地的降水，部分汇聚于江河湖沼形成地表水，部分渗入地下，部分滞留于包气带中，其余部分渗入饱水带岩石空隙之中，成为地下水。
地表水与地下水有的重新蒸发返回大气圈，有的通过地表径流和地下径流返回海洋。
2、水循环对于保障生态环境以及人类发展的作用：一方面：通过不断转换水质得以净化。
东大14秋学期《水文地质学基础》在线作业3答案
14秋学期《水文地质学基础》在线作业3
一,单选题
1. 沉积物的特征包括：（）
A. 沉积物的类型。
B. 沉积物的空间几何形态。
C. 沉积物的粒度和分选。
D. 以上综合。
正确答案：D
2. 对岩溶发育正确的描述是：（）
A. 可溶岩中都可以发育岩溶。
B. 可溶岩中的水要具备侵蚀能力，水是否流动并不重要。
C. 只要水可以在可溶岩中流动，就可以发育岩溶。
D. 岩溶发育的基本条件之一是可溶岩层要具有一定的透水性。
正确答案：D
3. 有关地下水动态与均衡的关系描述错误的是：（）
A. 一个地区天然条件下地下水总是保持其总的收支平衡，即地下水均衡。
B. 较短时期内，气候波动使地下水经常处于不均衡状态，表现为地下水的水量与水质随时间发生有规律的变化，即地下水动态。
C. 均衡是地下水动态变化的内在原因。
D. 动态是地下水均衡的外部表现。
正确答案：A
4. 关于地下水含水系统的正确表述是：（）
A. 自然界的含水系统类型基本一致。
B. 含水系统内部不存在隔水层。
C. 同一个含水岩层由于构造原因也可以构成一个以上的含水系统。
D. 同一含水系统中，各部分的水力联系程度基本相同。
正确答案：C
5. 达西定律的得出是在那一年？（）
A. 1897
B. 1856
C. 1925
D. 1913
正确答案：B
二,判断题
1. 水是可再生资源，可以源源不断的供给
A. 错误。
第九章 地下水允许开采量的计算方法
§1
二、计算步骤
水量均衡法
步骤4：计算和评价 （4）在实际计算中，常常是根据多年的动态观测资料分析， 计算不同保证率典型年的水均衡，可评价允许开采量的保证 程度。 某水源地的水均衡计算结果见表9-1。 从表9-1中可见，枯水年是负均衡，即每年计划增开 3185×104m3时，尚需借用储存量2398×104m3，使区域水位 降深增加2.68m，但在平水年可节余5198×104m3，是可以将 枯水年借用量补偿回来的。
2216
7006 Q工开
263
8646 Q排
5664 -2398 5198 -2.68 +3.02
平水年（保证率p＝50％）
3185
0
263
3448
§1
三、适用条件
水量均衡法
水量均衡法原则上可以适用于任何水文地质条件和开采 条件：
（1） 可做区域资源评价，也可用于局部资源评价；
（2） 适用于山区基岩裂隙水，更适合于平原区的孔隙水；
Q 允 Q 补＋Q 排 （
d
）
如果是合理的消耗型开采动态，则为：
Q允
S max m 3 Q 补＋Q 排 F （ ） d T 365
式中，Δ Q排减少的排泄量 ；Δ Q补为开采时增加的补给 量；Smax为最大允许降深；T为开采年限，一般取50－100a。
§1
一、基本原理
水量均衡法
回归系数B也可以用相关系数和根方差求得：
S B r Q
在实际应用中，相关系数多大时所建立的回归方程才 有价值？这主要取决于抽样的多少和要求的精度，可查相 关系数显著性检验表。
§2 相关外推法（回归分析法） 一、一元线性相关
根据样数N-2，显著性水平α 查出相关系数达到显著时 的最小值。如果计算的相关系数大于显著时的最小值，说 明所建立的回归方程有价值。例如抽样12个，N-2＝10，查 表α ＝0.05和0.01水平，γ ＝0.576和0.708，计算γ ＝0.612。 这说明在95％的可信度下，回归方程有价值，而在99 ％的可信度下，回归方程没有价值。
地下水动态与均衡概述
任务五地下水动态与均衡研究一、地下水动态与均衡概述（一）地下水动态和均衡的概念地下水动态：是指表征地下水数量与质量的各种要素（如水位、水量、水质、水温等）随时间而变化的规律。
地下水动态的变化规律可能是同期性的变化，如昼夜变化、季节变化和多年变化，也可以是趋势性变化。
地下水均衡：是指在一定范围（均衡区），一定时间内（均衡期），地下水量（或溶质含量、热量等）的补给（收入）与消耗（支出）之间的数量关系。
均衡状态：补给量=消耗量负均衡状态：补给量＜消耗量正均衡状态：补给量＞消耗量地下水动态与均衡之间存在着互为因果的紧密联系。
地下水动态是地下水均衡的外部表现，地下水均衡是地下水动态变化的内在原因。
如水量均衡，正均衡表现为水位上升；负均衡表现为水位下降；均衡则水位基本稳定不变。
（二）地下水动态和均衡研究意义与基本任务1、研究意义（1）天然条件下，地下水的动态是地下水埋藏和形成条件的综合反映。
（2）地下水动态是均衡的外部表现，故可利用地下水动态资料计算地下水的某些均衡要素和含水层参数。
如：根据一次降水量、潜水位升幅和潜水含水层给水度计算大气降水的入渗系数a。
例：某平原地区，组成岩层为粉细砂（给水度0.10），某次降雨量50mm，地下水位抬升50mm，求降水入渗系数a。
（3）地下水动态资料是地下水资源评价和预测时必不可少的依据。
例如，同一含水层，在雨季和旱季，丰水年和枯水年，其水资源数量与水质都可能大不一样，必须根据地下水动态与均衡资料进行有关计算。
区域性地下水资源评价和一些岩溶地区的地下水评价主要是用水均衡法。
（4）用任何方法计算的地下水允许开采量（可采量），都必须用地下水均衡计算来检验，任何地下水开采方案，都必须受地下水均衡量的约束。
（5）研究地下水的均衡状态，可预测地下水量、水质与地下水有关的环境地质作用的变化及总体发展趋势。
（6）地下水动态与均衡的研究有助于水动力学、水文地球化学等方向基本理论的研究和验证。
第九章地下水的动态与均衡.
动态变化：降水 → 补给地下水系统 → 水位上升。
前苏联卡明草原地下水位变化曲线
二、水文因素—河水 河水的影响：主要取
决于含水层（地下水系统） 距地表水体的远近。
地表水体补给地下水 而引起水位抬升。距河流 远，水位增幅减小，滞后 时间长。
河水对地下水动态的
影响一般为数百米至数公
里，此范围以外，主要受
气候因素的影响。
图9—5 莱茵河洪水对潜水的影响 1、2、3、4、5—观测井中潜水位，数字大的距 河远；6—莱茵河水位
地下水均衡 某时段某地段地下水物质、能量的收支状况。 本章重点讨论地下水量的均衡。
地下水动态与均衡研究意义 查清地下水的补给与排泄， 确定含水层之间以及含水层与地表水体的关系，阐明其资 源条件，为合理利用地下水或有效防范其危害提供的判据。
9.2 地下水动态
一、地下水动态的形成机制 含水层（含水系统）地下水各要素（如地下水位、水量、
承压含水层的水位变动还受到固体潮（月亮 T=12h）、地震等地质应力影响(△ Q=0)。
（三）地下水天然动态类型
潜水和承压水由于排泄方式及水交替程度不同，动态 特征也不同。 1、潜水 潜水及松散沉积物浅部的水，可分为三种主要动态类型： 蒸发型、径流型及弱径流型。 （1）蒸发型 出现于干旱半干旱地区平原或盆地。 地下水径流微弱，以蒸发排泄为主。 动态变化特点：年水位变幅小，各处变幅接近，水质 季节变化明显。发展趋势是地下水盐化，土壤盐渍化。
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降水补给引起地下水位响应——滞后-延迟-叠加
河北饶阳地区地下水位动态曲线
思考：影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些
9.1.2 地下水动态的影响因素
1、气象（气候）因素—决定动态总轮廓
v 特点：大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素)
( 2)
本章小节
v
地下水动态主要是含水系统水量（盐量、热量等） 收支平衡状况的综合表现。 影响地下水动态的因素有：气象、水文、地质条 件和人类活动。
v
v
地下水均衡计算，应从系统角度遵循质量守恒定 律来分析。
地下水量均衡方程式的一般表达式为： 收入项 — 支出项 = 系统储存量的变化
v
思考题
1、一个地区，如何依据地下水动态变化特征，分析 地下水均衡状况（或特点）。
2、强烈人工开采条件下，抽水井的水有哪些来源？ 潜水均衡方程式将有哪些变化。
山前丘陵潜水 冲积平原潜水
X X
f1 f2 W 2
+Y
冲积平原承压水
+W = Z +Q +W f1 1 u1 d 2 +Y +Q = Z f2 t u2 =Q +W t 3
(1)
堆积平原含水系统地下水均衡模式分析
v分区（三段均衡区）分析：
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
2、水文因素
v指地表水体的变 化对地下水动态 的影响
v从右图中可以看 出什么规律？
与地表水体的距 离有关
思考：与潜水比较, 受河水位影响承 压水动态有何特 点？
9.1.2 地下水动态的影响因素
3、地质因素
v干旱半干旱平原区：忽略Zc；地形切割微弱Qd→0；
无越流时Qt=0；径流滞缓Wu1 Wu2→ 0；
Xf+ Yf - Zu=μΔh
多年均衡条件下 ：μΔh =0，则
Xf+ Yf = Zu
v湿润山区潜水均衡
v强烈开采区
Zu=0
Xf+ Yf= Qd
Xf+ Yf= Q开
9.2.2 区域地下水均衡
堆积平原含水系统地下水均衡模式图
v径流型——
§ 广泛分布于山区及山前
v弱径流型——
§ 气候湿润的平原与盆地，蒸发排泄有限，径流排泄为 主，但径流微弱。
9.1.3 地下水天然动态类型
2、承压水
v 径流型——
动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好， 水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。
3、人类活动影响下的地下水动态
v 采排地下水：取水或矿坑排除地下水后，人工采排成为地下
水新的排泄去路；含水层或含水系统原来的均衡遭到破坏，天 然排泄量的一部或全部转为人工排泄量，天然排泄消失或减少 （泉流量、泄流量减少，蒸发减弱），并可能增加新的补给 量，影响动态。
v补给地下水：修建水库，利用地表水灌溉等，增加了新的补
给来源而使地下水位抬升，形成新的动态特征。
v 地质因素是间接因素（相当于滤波器） v 气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓
v 地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用
§ 潜水位的埋深：埋深的大小，对滞后-延迟时和变幅的影响 § 包气带岩性：K起作用；
§ 饱水带岩性：K和μ均起作用
§ 地下水所处的空间部位：补给区，排泄区。一般而言，补给 区较排泄区更不稳定 岩溶水动态特征
9.2 地下水均衡
均衡：某一时间段、某一地段内，地下水水量（热量、盐量、 能量）的收支状况，称为地下水均衡
动态是均衡的外部表现 9.2.1 地下水均衡方程式—质量守恒定律
v 均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的）
v 均衡期：均衡计算的时间段（一个水文年） v 均衡方程式一般表达形式：A - B = ΔW
A——收入项； B——支出项；
ΔW——均衡时段内，均衡区的水量变化量
潜水均衡
v 均衡结果（表现）：正均衡或负均衡
地下水均衡图示
潜水均衡方程式： Xf+ Yf+ Zc+ Wu1+ Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = μΔh
潜水均衡方程式
v Xf+ Yf+ Zc+ Wu1+ Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = μΔh 几种条件下的潜水均衡方程式：
9.1.1地下水动态的形成机制
与环境的相互作用 v 降水——补给地下水系统——水位上升 (出现变化）
§ 激励—脉冲式的降水 § 响应—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：
§ （1）滞后和延迟现象
§ （2）有叠加现象
地下水动态曲线
v 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
4、人为因素
§ 包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等
云南喷水洞地下暗河流量动态曲线
岩溶水动态
山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线
9.1.3 地下水天然动态类型
潜水、承压水由于排泄方式、交替程度不同，两者 的动态特征也不同
1、潜水的动态类型——三种类型
v蒸发型——
§ 主要出现在干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆 地。
山前丘陵潜水 X +Y +W = Z +Q +W f1 f1 1 u1 d 2 冲积平原潜水 X + Y +Q = Z f2 f2 t u2 冲积平原承压水W =Q +W 2 t 3
( 1)
用含水系统分析，水量均衡方程：
Xf1+Xf 2 +Yf1+Yf 2 +W 1 =Zu1+Zu2 +Qd +W 3
Fundamentals of Hydrogeoloy
水文地质学基础
第九章 地下水动态与均衡
本章内容
9.1 地下水的动态 9.2 地下水的均衡
9.1 地下水的动态
v含水层（含水系统）经常与环境发生物质、能量 与信息的交换，时刻处于变化之中—与时间有关 v地下水动态的概念
在与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素（如 水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化， 称之。
v气象因素表现：
§ 降水的年内季节性变化
§ 降水的 § 降水的
多年变化（如11年周期） 昼夜变化
v与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化
§ 昼夜变化 --在许多地区不明显
§ 多年变化 --研究周期长 § 年内变化 --最突出
地下水动态曲线
气象（气候）因素
图9—3 潜水动态曲线 （1954—1955，北京）