第九章地下水的动态与均衡

3.径流型 1）地理位置：山区及山前。 2）水文地质特点：地形高差大，水位埋藏深，蒸发排泄可以忽略，以 径流排泄为主。 3）动态变化特征： a.年水位变幅大而不均匀：雨季入渗补给，各处水位抬升幅度不等。 接近排泄区的低地，水位上升幅度小；远离排泄点的高处（分水岭）， 水位上升幅度大； b.变幅不均匀，水力梯度增大导致径流排泄加强，补给停止后，径流排 泄使各处水位逐渐趋平。 c.水质季节变化不明显，长期中则不断趋于淡化。 4.弱径流型 1）地理位置：气候湿润的平原与盆地。 2）水文地质特点：地形切割微弱，潜水埋藏深度小，气候湿润，蒸发 排泄有限，以径流排泄为主，但径流微弱。 3） 动态变化特征：年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化不明 显，长期中向淡化方向发展。 5.承压水属于径流型：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。
2）支出项： a.潜水蒸发量（Zu）； b. 潜水以泉或泄流形式排泄量（Qd）； c.下游断面潜水流出量（ Wu2 ）。 则： A− B = μΔh μΔh= （Xf+ Yf+ Zc+ Wu1+ Qt）－（ Zu+ Qd+ Wu2 ） 上述是潜水均衡方程式的一般形式。在一定条件下，某些均衡项可以取 消。如： ①通常凝结水补给很少， Zc可忽略不计； ②地下径流微弱的平原区，可认为Wu1 、 Wu2趋近于零； ③无越流的情况下， Qt也不存在。 ④地形切割微弱，径流排泄不发育， Qd可从方程中排除； 去除以上各项后，方程式简化为： μΔh= Xf+ Yf －Zu 多年均衡条件下，μΔh = 0，则得： Xf+ Yf= Zu 即典型的干旱半干旱平原潜水均衡方程式。此式表示渗入补给潜水的水 量全部消耗于蒸发。 典型的湿润山区潜水均衡方程式为： Xf+ Yf= Qd 即入渗补给的水量全部以径流形式排泄。
9.3 地下水的均衡
一、均衡区与均衡期 1.水均衡研究实质：应用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素的数 量关系。 2.以地下水为对象的均衡研究目的：阐明某个地区在某一段时间内，地 下水水量（盐量、热量）收入与支出之间的数量关系。 3.均衡区：进行均衡计算所选定的地区，它最好是一个具有隔水边界的 完整水文地质单元。 4.均衡期：进行均衡计算的时间段，可以是若干年，一年，或一个月。 5.正均衡：某一均衡区，一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量） 的收入大于支出，表现为地下水储存量（或盐储量、热储量）增加。 6.负均衡：支出大于收入，地下水储存量（或盐储量、热储量）减少。 7.水均衡研究内容：分析均衡的收入项与支出项，列出均衡方程式。通 过测定或估算列入均衡方程式的各项，以求算某些未知项。 8.动态与均衡的关系： 1）一个地区天然条件下多年中，气候趋近平均状态，地下水也保持其 总的收支平衡，即地下水均衡。 2）较短时期内，气候发生波动，地下水也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。 3）显然，均衡是地下水动态变化的内在原因，动态则是地下水均衡的 外部表现。
前苏联卡明草原地下水位变化图
2.水文因素 1）地表水体补给地下水而引起地下水位抬升：随着远离河流，水位变 幅减小，发生变化的时间滞后； 2）河流排泄潜水而引起地下水位下降：愈是接近河流，水位变幅愈小， 远离河流的分水岭地段潜水位变幅最大。 3）河流对地下水动态的影响范围：一般数百米至数公里，此范围以外， 主要受气候因素的影响。
莱茵河洪水对潜水的影响 1、2、3、4、5—观测井潜水位，数字大的距河远；6—莱茵河水位
3.地质因素 气象与水文因素作为地下水补给来源或排泄去路，决定着地下水动态的基本 模式—活跃的变动因素； 地质因素是影响输入信息变换的因素，但通常变化极其缓慢—稳定不变的因 素。 它通过影响补给、排泄的强度及径流条件，而改变地下水要素的变化幅度 与变化滞后时间。 1）潜水：包气带厚度与岩性控制着地下水位对降水的响应。 a.包气带厚度—决定潜水的埋深。 潜水埋深愈大，水位抬高的时间愈滞后且延迟时间愈长，水位历时曲线呈 现较宽缓的波；潜水埋深小，水位变化滞后于降雨的时间短。 b.包气带岩性—决定包气带的渗透性。 渗透性愈好，地下水位抬升的时间滞后与延迟小，水波历时曲线波形较陡。 c.潜水储存量的变化：储存量的变化量=μ△h μ：给水度； △h：水位变幅。 由上式可知：当储存量变化相同时，给水度愈小，水位变幅便愈大。因此， 在同一地方，细颗粒土中雨季水位抬升往往高于粗颗粒土。 2）承压水：动态变化主要看地质因素影响其与外界联系的程度。由于隔水 顶板限制了它与外界的联系，它主要通过补给区（潜水分布区）与大气圈与 地表水圈发生联系；当顶板为弱透水层时，还通过弱透水顶板与外界联系。 因此，承压水动态变化通常比潜水小。 注意：河水引起潜水位变动时，含水层的透水性愈好，厚度愈大，含水 层的给水度愈小，则波及范围愈远。
②气候的多年周期性变化 周期为11 年的太阳黑子变化，影响丰水期与干旱期的交替，从而 使地下水位呈同一周期变化。 注意：对于重大的长期性地下水供排水设施，应当考虑多年的地 下水位与水量的变化。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。 4）潜水位的真变化和伪变化 ①真变化：在气象（气候）因素影响下，潜水位变动伴随的相应的潜 水储存量的变化； ②伪变化：含水层水量不变，而潜水位发生变化。其影响因素有气压 变化、地震、外部加载等。
二、水均衡方程式 1.陆地上某一地区天然状态下总的水均衡 1）收入项（ A ）： a.大气降水量（ X ）； b. 地表水流入量（ Y 1 ）； c. 地下水流入量（ W 1 ）； d. 水汽凝结量（ Z 1）。 2）支出项（ B ）： a. 地表水流出量（ Y 2 ）； b. 地下水流出量（W 2）； c. 蒸发量(Z 2)。 3）均衡期水的储存量变化量Δω。 则水均衡方程式为： A− B = Δω 即： （ X +Y 1 +W 1 + Z 1 ）− （Y 2 +W 2 + Z 2 ） = Δω 或： X − （Y 2 −Y 1） − （W 2 −W 1）− （Z 2 − Z 1） = Δω
4）储存量变化量Δω： a.地表水变化量（V ）； b.包气带水变化量（m）； c.潜水变化量（μΔh ）； d.承压水变化量（ μe Δh ） μ： 潜水含水层的给水度； Δh：均衡期潜水位变化值（上升用正号，下降用负号）； μe ：承压含水层的弹性给水度； Δhc：承压水测压水位变化值。 据此，水均衡方程式为： X − （Y 2 −Y 1） − （W 2 −W 1）− （Z 2 − Z 1） = V+ m+ μΔh + μe Δh 2.潜水均衡方程式： 1）收入项： a.降水入渗补给量（Xf）； b.地表水入渗补给量（Yf）； c.凝结水补给量（Zc）； d.上游断面潜水流入量（Wu1）； e.下伏承压含水层越流补给潜水水量（Qt） 注意：如潜水向承压水越流排泄则Qt列入支出项。
河北饶阳五公里河地下水位变化曲线 1—地下水位；2—降水量；3—采水量
河北保定西部地下水位变化曲线
②人为增加地下水的补给量结果 a.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。 b.干旱半干旱平原或盆地，灌溉水入渗抬高地下水位，蒸发进一步加 强，促使土壤进一步盐渍化。有时，即使原来潜水埋深较大，属径流 型动态，连年灌溉后，也可转为蒸发型动态，造成大面积土壤次生盐 渍化。 c.气候湿润的平原或盆地，由于地表水灌溉过多抬高地下水位，耕层 土壤过湿，会引起土壤次生沼泽化。
灌溉对中亚饥饿草原潜水位的影响 1-灌溉前（1908-1911年）潜水位 2-灌溉后（1934-1935年）潜水位
河北冀县新庄潜水位变化曲线 1—潜水位；2—月降水量
三、地下水的天然动态类型 1.地下水天然动态类型划分： 1）划分依据：潜水与承压水由于排泄方式及水交替程度不同而划分不 同的动态类型。 2）主要类型： a.潜水及松散沉积物浅部的水：蒸发型、径流型及弱径流型。 b.承压水：径流型。 2.蒸发型： 1）地理位置：干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆地。 2）水文地质特点：地势平缓，含水层分布面积大，降水入渗面状补给； 地下水径流微弱，以蒸发排泄为主。 3）动态变化特征： a.年水位变幅小：雨季入渗补给，潜水位以不大的幅度（通常为1— 3m）抬升；旱季蒸发排泄，水位逐渐下降，降到一定埋深后，蒸发 微弱，水位趋于稳定。 b.各处水位变幅接近； c. 水质季节变化明显：雨季入渗补给，水质相应淡化；旱季蒸发加强， 水质逐步盐化。长期中地下水不断向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。
①最有意义、最为显著的是季节变化。 如：我国东部季风气候区。 a.雨季：出现于春夏之交，降水显著增多，潜水位逐渐抬高，并达到 峰值； b.雨季结束：补给逐渐减少，潜水由于径流及蒸发排泄，水位逐渐回 落，到翌年雨季前，地下水位达到谷值。
潜水动态曲线 （1954-1955，北京） 1-气温 2-相对湿度 3-降水量 4-潜水位 5-蒸发量
9.2 地下水的动态
一、地下水的动态的分类：地下水动态是含水层（含水系统）连续的信 息输出，影响地下水动态的因素分为两类： 1.一类是环境对含水层（含水系统）的信息输入，如降水、地表水对 地下水的补给，人工开采或补给地下水，地应力对地下水的影响等； 2.另一类则是变换输入信息的因素，主要涉及赋存地下水的地质地形 条件。 二、影响地下水动态变化的天然因素 1.气象（气候）因素 1）影响对象：主要对潜水动态影响最为普遍。 2）水量、水位、水质的影响—量的变化 a.降水的数量及其时间分布，影响潜水的补给：水量增加，水位抬升， 水质变淡。 b.气温、湿度、风速等与其它条件结合，影响着潜水的蒸发排泄：水 量减少，水位下降，水质变咸。 3）潜水动态在时间上的变化 气象（气候）要素周期性地发生昼夜、季节与多年变化，因之， 潜水动态也存在着昼夜变化、季节变化及多年变化。
第九章地下水的动态与均衡
9.1地下水动态与均衡的概念 9.2 地下水的动态 9.3 地下水的均衡
9.1地百度文库水动态与均衡的概念
一、地下水的动态 1.概念：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。在有关环境因素影响下，含水层各要素（如 水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化状况。 各要素随时间而变化，其实质是收支不平衡的结果。 2.水量变化：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。其它要素同样由于收支不平衡的结果发生相应变化。 注意：水位变化也可能与水量增减无关。 二、地下水的均衡 某一时间段内，某一地段的地下水水量（盐量、热量、能量）的收 支状况。 三、地下水动态与均衡的研究意义 1.掌握地下水动态变化规律，分析地下水均衡，预测地下水要素随时 间的变化状况，变化趋势，可以有效利用地下水或防范其危害。 2.地下水动态与均衡的分析，有助于查明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。 3.地下水动态观测字资料是检验水文地质结论，采取水文地质措施的 最权威的判据。
二、人类活动影响下的地下水动态 1.人类改变地下水动态途径：通过增加新的补给来源或新的排泄去路。 2.天然条件下的地下水动态变化趋势： 由于气候因素在多年中趋于某一平均状态，因此，一个含水层或含水 系统的补给量与排泄量在多年中保持平衡。反映地下水储量的地下水 位在某一范围内起伏，而不会持续地上升或下降。地下水的水质则在 多年中向某一方向（盐化或者淡化）发展。 3.人类活动下的地下水动态变化趋势： ①人为采排地下水的结果： a.增加地下水新的排泄去路； b.含水层或含水系统原来的均衡遭到破坏，天然排泄不再存在，或数 量减少（泉流量、泄流量减少，蒸发减弱）； c.可能增加新的补给量（含水层由向河流排泄变成接受河流补给；原 先潜水埋深过浅降水入渗受限制的地段，因水位埋深加大而增加降水 入渗补给量，侧向流入径流量增加和径流量流出减少等）。 d.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，含水层水量收支达到新的平衡。在动态曲线上表现为： 地下水位在比原先低的位置上，以比原先大的年变幅波动，而不持续 下降。 e.采排水量过大，天然排泄量的减量与补给量的增量的总和，不足以 偿补人工排泄量时，则将不断消耗含水层储存水量，导致地下水位持 续下降。