8.水文地质学基础-地下水流系统解析

扩展到整个含水层
“越流”的发生：若干个含水层连 同其间的弱透水层（相对隔水层） 看做一个单元（系统）
地下含水系统与地下水资源
大规模开发利用地下水，导致地面沉降、 海水入侵、淡水咸化、土壤沙化、植被衰 退等一系列与地下水有关的环境生态问题。
地下水流动系统
地下水系统只是其中一个组成部分的环境生态系统。换句话说， 人们心目中的研究对象是一个愈来愈复杂的系统。
⑥ 干旱半干旱地区的排 泄区，发生蒸发浓缩作用； 系统的排泄区是地下水水 质复杂变化的地段。
8.4地下水流动系统
（3）水温度特征：垂向上年常温带以下地温的等值线通常是上 低下高。
上升水流产生正增温 下降水流产生负增温
20℃ 20℃ 22℃ 22℃
20℃ 20℃ 22℃ 22℃
8.4地下水流动系统
水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeology
地下水科学与工程教研室
第八章 地下水系统
8.1 系统概念 8.2 地下水系统的概念
8.2.1 地下水系统概念的产生 8.2.2 地下水系统的概念 8.3 地下水含水系统 8.4 地下水流动系统 8.4.1概念的由来 8.4.2地下水流动系统 8.5 地下水含水系统与地下水流动系统的比较 8.6小结
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，中国地质大 学的地下水系统小组等）
8.2地下水系统的概念
8.2.2 地下水系统的概念 据陈梦熊院士（1987），地下水系统是受各种天然、人为因素
所控制，具有不同等级的互有联系、互相影响，在时空分布上具有 四维性质和各自物理、化学、水动力特征的、不断运动演化的若干 独立单元的统一体。
8.4 地下水流动系统
8.4.2地下水流动系统 地下水流动系统理论，实质上是以地下水流网为工具，以势
场及介质场的分析为基础，将渗流场、化学场和温度场统一于 新的地下水流动系统概念框架之中。 （1）水动力特征：地下水在流动中必须消耗机械能以克服粘 滞性摩擦，主要驱动力是重力势能（源于地下水的补给），地 形低洼处通常为低势区----势汇，地势高处为势源。由地形控 制的势能叫地形能。静止水体中各处的水头相等，而在流动的 水体中，沿流线方向，水头越来越低。
8.4.1概念的由来:J. Toth（1963）绘制了均质各向同性潜水盆 地中的地下水流动系统，包括局部、中间和区域流动系统，强 调了水的垂直运动。
局部GFS 子系统边界
流线
中间GFS
子系统边界
区域GFS
8.4地下水流动系统
地下水流动系统的特点： 1 具有统一的水流，沿着水流动方向，水量、盐量和热量发 生有规律的演变 2 流动系统的流面为边界，边界是可变的 3 流动系统包含有不同的子系统 4 控制其发育的是水势场
8.1系统概念
系统（system）是由相互作用和相互依赖的若干个组成部分 按一定规则结合而成的具有特定功能的整体。
8.2.1 地下水系统概念的产生
从地下水的研究历史看
找水，确定井位以打出水量足够大的井
一口井附近小范围的含水层
随着开采地下水规模的增长，采水井群使 周边地下水下降，影响波及的含水层范围 随时间延续不断扩展
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。
水化学积聚区：相汇处→水动力圈闭 相背处→准滞流带
(水动力条件形成的油气圈闭)
8.4地下水流动系统
不同部位发生的主要化学作用不同： ① 溶滤作用存在于整个流程； ② 局部系统、中间及区域系统的浅部属于氧化环境，深部属于
还原环境； ③ 上升水流处因减压将产生脱碳酸作用； ④ 粘性土易发生阳离子交替吸附作用； ⑤ 不同系统的汇合处，发生混合作用；
砂槽模拟直观多级水流系统
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。
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。
Байду номын сангаас 8.4地下水流动系统
地下水流动系统中，水化学存在垂直分带和水平分带。
地形复杂，同时出现局部、中间、区域流动系统。 地形简单，只出现区域流动系统。
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。
8.2.1 地下水系统概念的产生
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年底荷兰水文与地质学家G.B.Engelen来华进行了讲学， “地下水系统”（在中国地质大学、河北正定水文所、北京水 文地质公司）。
8.3地下水含水系统
主要受地质结构的控制。 在松散沉积物与坚硬基岩中的含水系统有一系列不同的特征。 含水系统在概念上是含水层系统的扩大。
地下水含水系统的特点： 1 具有统一的水力联系 2 含水系统有子系统 3 控制含水系统发育的是地质结构 4 含水系统并不是完全封闭的，可能与外界有水力联系
8.4地下水流动系统