水文地质结构系统的基本原理及其应用

水文地质结构系统的基本原理及其应用

发表时间：2017-10-12T17:57:35.727Z 来源：《基层建设》2017年第18期作者：张姣黎

[导读] 对工程建设周边的地下水资源的破坏比较严重，随着工程建筑的不断增多，对地下水资源的破坏在不断的加重，而水文地质条件对环境的效应有一定的影响，而对水文地质结构系统的基本原理研究可以解决一些环境问题，所以研究水文地质结构系统的原理和应用具有十分重要的现实意义。

贵州水利水电职业技术学院贵州贵阳 551400

摘要：近些年来，随着我国经济、科学技术、建筑行业的发展，我国的工程建设越来越多，工程建设的过程中因为人的不当行为、工程的某些要求，对工程建设周边的地下水资源的破坏比较严重，随着工程建筑的不断增多，对地下水资源的破坏在不断的加重，而水文地质条件对环境的效应有一定的影响，而对水文地质结构系统的基本原理研究可以解决一些环境问题，所以研究水文地质结构系统的原理和应用具有十分重要的现实意义。

关键词：水文地质；结构系统；基本原理；应用

1水文地质学发展简史

水文地质学的发展经历了萌芽、奠基、形成和发展四个阶段。5700年的浙江余姚河姆渡古文化遗址水井，约3000年前中西亚及北非的干旱地带出现的坎儿井（Biswas，1970；Todd等，2005），表明人类从远古时代就开了地下水的利用，代表了水文地质学的萌芽。欧洲工业革命时期，由于工业的快速发展，需水量大大增加，人们对井的出水有了量的需求。1856年，法国水利工程师达西（H.Darcy），通过室内水通过沙的控制性实验，得出线性渗透定律，即著名的达西定律，奠定了水文地质学的基础。法国人裘布依（A.Dupuit）、美国人泰斯（C.V.Theis）都先后加入到地下水的定量计算中，并且将其推到了一个新的高度。该阶段人们已经通过实践得到了水文地质相关的基本理论，并且将其应用到了地下水的研究之中，为水文地质学的发展奠定了好的基础。第一次世界大战之后，合理开发、科学管理与保护地下水资源，越来越受到人们重视。20世纪40～60年代，雅克布（C.E.Jacob）及汉图什（M.S.Hantush）等论述了孔隙承压含水层的越流现象，“含水层思维”受到冲击，逐渐产生含水系统的概念。随后英国的博尔顿（N.S.Boulton）和美国的纽曼（Neuman）分别导出了潜水完整井非稳定流方程。至此，水文地质学已经完成了从找水型向资源型的转变，各方面理论研究已经构建了较完备的结构框架，水文地质学的发展已经初步成型。第二次世界大战以后，随着生产力与科学技术的迅速发展，世界人口急剧增长，消费需求也急剧升高，因而人类开始大规模改造自然环境，大量消耗了包括地下水在内的各种资源，破坏了环境，打破了生态平衡，进而导致了生态环境的急剧恶化，如土地荒漠化、土壤盐碱化、地面沉降、水土流失等。保护生态环境刻不容缓，水文地质工作者开始寻求新的发展模式，水文地质学开始进入了以生态环境为研究核心的阶段，期间面临的问题错综复杂，以及在全球信息化大的背景下，原有的思维模式、概念、理论以及方法已经难以满足发展需求。加拿大的托特提出了地下水流动系统理论，为水文地质学的发展开拓了新的发展前景。新技术、新理论的不断引入，使得水文地质学越来越系统，概念越来越完善，技术越来越成熟，分支学科的划分也越来越明确，其发展也越来越迅速，至此，水文地质学进入了新的发展时期。从水文地质学发展的四个阶段我们可以清晰地看出，其是一门与生活实践密不可分的学科。水文地质学的发展贯穿于人类文明的发展之中。

2水文地质结构系统的基本思想

结构系统的概念是系统理论中基本概念的扩展。系统科学强调从系统的结构与功能的观点出发去研究整个客观世界，这也是水文地质结构系统理论的出发点。

由不同等级、不同形态、不同成因(建造)、经受不同改造作用、具有不同结构和水力学性质的水文地质综合体的有机组合所构成的、具有控水功能、并且不断运动演化的有机整体，这就是水文地质结构系统的定义。这里，结构系统既指各水文地质体间的不同形式的相互组合，又包括水文地质体自身的结构。即，从宏观的隔水层(体)和透水层(体)的组合到微观的颗粒和空隙的组合，正是这些不同层次、不同级别、不同类型的结构，构成了地下水赋存、运动的场所和通道，控制着地下水系的分布、赋存和运移。也就是说，水文地质结构系统控制地下水系。

水文地质结构系统研究的主要目的在于建立一个简明、直观、形象的能反映地下水系统四维特征的水文地质结构系统的模型，从而为进一步建立水文地质数学模型提供科学的依据。

3水文地质结构系统的具体应用

3.1水文地质概况分析

某市位移金沙江流域的下游，沧澜江的北部，该市的境内水系分布错综复杂，水的储量十分丰富。该市区域内的河流段为金沙江流段，全长104千米，南北水流的落差有近400米，水流十分湍急，在每年的4月到10月的多雨季节，金沙江流段水势上涨，需要做好防洪工作。该市的金沙江流段水流的平均流量是17.6m3/s。因为水流比较湍急，水比较浑浊，金沙江水中含有砂石土壤，该市已经修建了4处大型的水库，其中两处用于水利发电，含有两处用于水利灌溉。该市的地表水资源也是十分丰富，地表的径流量都是因为多雨季节降雨形成的，该市的全年径流深度为560毫米到587毫米，从而计算出该市的年平均产水量在15.34亿立方米。该市的西北地区的地下水在地势低的地方，慢慢形成地下河道，暗流。上文中分析了地下岩层中储存的水量十分丰富，主要是因为碳酸盐和硅酸盐被酸性水质腐蚀溶解在水中，岩层的岩石之间形成天然的溶洞，地下水储存在溶洞中，地下水的水质主要是岩溶性水，经过专家的检测地下水的PH值，发现PH值在9左右，地下水显示弱碱性。

3.2对地下水文地质研究的方法

对地下水研究有三种方法，分布是时空结构分析法、模型化法、综合分析法及反分析法、地质构造分析及地下水分析结合法等，下面做较细致的介绍。时空结构分析法：要想深入了解地下水的运输能力，需要对水文的地质、形象、地貌、地理等情况，需要地下水的水文地质结构系统又系统的研究，水文地质结构系统的系统结构是重点，时空是水文地质结构系统的灵魂。对水文地质结构系统进行研究不仅要注重对地下水的客观整体性进行研究，而且还要重点关注抽象的形式化。模型化方法：该地区的地下水环境污染现在虽然近年来得到一些改善，但是地下水体污染还是比较严重，对地下水资源的开采缺乏科学合理性，导致地下水开采过度，对周边的水体环境造成了很大的影响，归根结底是因为对水文地质结构系统的了解不够，不知道如何利用水文地质结构系统知识对地下水的水文地质进行勘察，合理开采水资源。模型化法是研究水文地质结构系统的常用方法，模型化可以实现水文系统的定量化。建立地下水系统数学模型的基础,它力图简