LOGO第五讲第五讲 地下水动态均衡和地下水动态均衡和类型类型地下水的补给、排泄、径流地下水的补给、排泄、径流地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环补给补给：含水层或含水系统从外界获得水量的含水层或含水系统从外界获得水量的过程过程排泄排泄：含水层或含水系统向外界排出水量的含水层或含水系统向外界排出水量的过程过程径流：径流：地下水由补给区流向排泄区的作用地下水由补给区流向排泄区的作用过程过程2地下水的补给、排泄、径流地下水的补给、排泄、径流3bc含水系统含水系统 与与 流水系统流水系统49 地下水动态与均衡地下水动态与均衡 9.1 地下水的动态地下水的动态 9.2 地下水的均衡地下水的均衡59.1 9.1 地下水的动态地下水的动态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，时刻处于变化之中信息的交换，时刻处于变化之中与时间有关与时间有关v地下水动态的概念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。位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化，称之。69.1.19.1.1地下水动态的形成机制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）激励激励脉冲式的降水脉冲式的降水 响应响应波状信号的信息波状信号的信息v地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：（1 1）滞后和延迟现象）滞后和延迟现象（2 2）有叠加现象）有叠加现象v因因外外界界激激励励（或或输输入入）而而引引起起的的系系统统响响应应（或或输输出出）的的变化幅度是含水系统内部结构作用的结果变化幅度是含水系统内部结构作用的结果某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒量动态稳定动态稳定变化幅度小变化幅度小动态不稳定动态不稳定变化幅度大变化幅度大地下水动态曲线地下水动态曲线7降水补给引起地下水位响应降水补给引起地下水位响应滞后滞后- -延迟延迟- -叠加叠加8河北饶阳地区地下水位动态曲线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）因素有哪些思考？影响地下水位变化（动态特征）因素有哪些99.1.2 9.1.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素1 1、气象（气候）因素、气象（气候）因素决定动态总轮廓决定动态总轮廓v特点：特点：大面积，普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素)v气象因素表现：气象因素表现：降水的年内季节性变化降水的年内季节性变化降水的降水的 多年变化（如多年变化（如1111年周期）年周期）降水的降水的 昼夜变化昼夜变化v与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化昼夜变化昼夜变化 -在许多地区不明显在许多地区不明显多年变化多年变化 -研究周期长研究周期长年内变化年内变化 -最突出最突出10气象（气候）因素气象（气候）因素图图93 潜水动态曲线潜水动态曲线 （19541955，北京），北京）虚线为气温；兰色柱状为虚线为气温；兰色柱状为降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量降水量；红色为潜水位；黄色柱状为蒸发量119.1.2 9.1.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素2 2、水文因素、水文因素 v指地表水体的变指地表水体的变化对地下水动态化对地下水动态的影响的影响v从右图中可以看从右图中可以看出什么规律？出什么规律？与地表水体的距与地表水体的距离有关离有关思考？思考？与潜水比较与潜水比较, 受河水位影响承受河水位影响承压水动态有何特压水动态有何特点？点？129.1.2 9.1.2 地下水动态的影响因素地下水动态的影响因素3 3、地质因素、地质因素v 地质因素是间接因素（相当于滤波器）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，对滞后潜水位的埋深：埋深的大小，对滞后- -延迟时和变幅的影响延迟时和变幅的影响包气带岩性：包气带岩性：K K起作用；起作用；饱水带岩性：饱水带岩性：K K和和均起作用均起作用地地下下水水所所处处的的空空间间部部位位：补补给给区区，排排泄泄区区。一一般般而而言言，补补给给区较排泄区更不稳定区较排泄区更不稳定 4 4、人为因素、人为因素包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等 139.1.3 9.1.3 地下水天然动态类型地下水天然动态类型潜潜水水、承承压压水水由由于于排排泄泄方方式式、交交替替程程度度不不同同，两两者者的动态特征也不同的动态特征也不同 1 1、潜水的动态类型潜水的动态类型三种类型三种类型v蒸发型蒸发型主主要要出出现现在在干干旱旱半半干干旱旱地地区区地地形形切切割割微微弱弱的的平平原原或或盆盆地。地。v径流型径流型广泛分布于山区及山前广泛分布于山区及山前v弱径流型弱径流型气气候候湿湿润润的的平平原原与与盆盆地地，蒸蒸发发排排泄泄有有限限，径径流流排排泄泄为为主，但径流微弱。主，但径流微弱。 149.1.3 9.1.3 地下水天然动态类型地下水天然动态类型2、承压水、承压水v 径流型径流型动动态态变变化化的的程程度度取取决决于于构构造造封封闭闭条条件件。构构造造开开启启程程度度愈愈好好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。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、人类活动影响下的地下水动态v 采采排排地地下下水水：取取水水或或矿矿坑坑排排除除地地下下水水后后，人人工工采采排排成成为为地地下下水水新新的的排排泄泄去去路路；含含水水层层或或含含水水系系统统原原来来的的均均衡衡遭遭到到破破坏坏，天天然然排排泄泄量量的的一一部部或或全全部部转转为为人人工工排排泄泄量量，天天然然排排泄泄消消失失或或减减少少（泉泉流流量量、泄泄流流量量减减少少，蒸蒸发发减减弱弱），并并可可能能增增加加新新的的补补给给量量，影响动态影响动态v 补补给给地地下下水水：修修建建水水库库，利利用用地地表表水水灌灌溉溉等等，增增加加了了新新的的补补给来源而使地下水位抬升，形成新的动态特征给来源而使地下水位抬升，形成新的动态特征 159.2 9.2 地下水均衡地下水均衡均均衡衡：某某一一时时间间段段、某某一一地地段段内内，地地下下水水水水量量（热热量量、盐盐量量、能量）的收支状况，称为地下水均衡能量）的收支状况，称为地下水均衡动态是均衡的外部表现动态是均衡的外部表现9.2.1 9.2.1 地下水均衡方程式地下水均衡方程式质量守恒定律质量守恒定律v均衡区：均衡区：均衡计算所选定的区域（三维的）均衡计算所选定的区域（三维的）v均衡期：均衡期：均衡计算的时间段（一个水文年）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：均衡方程式一般表达形式：A - - B = WA收入项；收入项；B支出项；支出项； W均衡时段内，均衡区的水量变化量均衡时段内，均衡区的水量变化量v均衡结果（表现）：均衡结果（表现）：正均衡或负均衡正均衡或负均衡16地下水均衡图示地下水均衡图示潜水均衡方程式：潜水均衡方程式： Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h17潜水均衡方程式潜水均衡方程式vXf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( - ( Zu+Qd+Wu2 ) = h几种条件下的潜水均衡方程式：几种条件下的潜水均衡方程式：v干旱半干旱平原区：干旱半干旱平原区：忽略忽略Zc ；地形切割微弱；地形切割微弱Qd0；无越流时无越流时Qt =0；径流滞缓径流滞缓Wu1 Wu2 0； Xf + Yf - - Zu =hh 多年均衡条件下多年均衡条件下 ：h =0，则，则 Xf + Yf = Zuv湿润山区潜水均衡湿润山区潜水均衡 Zu =0 Xf + Yf = Qd v强烈开采区强烈开采区 Xf + Yf = Q开开 189.2.2 9.2.2 区域区域地下水均衡地下水均衡堆积平原含水系统地下水均衡模式图堆积平原含水系统地下水均衡模式图 19堆积平原含水系统地下水均衡模式分析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：用含水系统分析，水量均衡方程：用含水系统分析，水量均衡方程：进行水均衡研究或计算，切忌避免重复；否则会人为地夸进行水均衡研究或计算，切忌避免重复；否则会人为地夸大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果大地下水的可利用量，造成不可挽回的损失和后果 20本章小结本章小结v地地下下水水动动态态主主要要是是含含水水系系统统水水量量（盐盐量量、热热量量等等）收支平衡状况的综合表现。收支平衡状况的综合表现。v影响地下水动态的因素有：影响地下水动态的因素有： 气象、水文、地质条件和人类活动。气象、水文、地质条件和人类活动。v地地下下水水均均衡衡计计算算，应应从从系系统统角角度度遵遵循循质质量量守守恒恒定定律来分析。律来分析。v地下水量均衡方程式的一般表达式为：地下水量均衡方程式的一般表达式为：收入项收入项 支出项支出项 = 系统储存量的变化系统储存量的变化2110 地下水类型地下水类型-孔隙水孔隙水10.1 洪积物中的地下水洪积物中的地下水10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水10.3 黄土高原的地下水黄土高原的地下水10.4 孔隙含水系统实例分析孔隙含水系统实例分析湖积物中的地下水参考书中自学22赋存于赋存于不同空隙不同空隙中的地下水特征中的地下水特征与地质环境有关与地质环境有关10.1.1 典型地区洪积扇典型地区洪积扇(Alluvial fan)的形成的形成10.1.2 地下水的特征具明显的分带性地下水的特征具明显的分带性 （由扇顶（由扇顶扇缘（前）的分带性扇缘（前）的分带性10.1.3 地下水赋存条件与特征地下水赋存条件与特征 从沉积物形成时的水动力条件入手，从沉积物形成时的水动力条件入手， 分析沉积岩性的变化规律，分析沉积岩性的变化规律， 到地下水的赋存条件与特征。到地下水的赋存条件与特征。10.1 洪积物中的地下水洪积物中的地下水2310.1.1 典型地区洪积扇典型地区洪积扇(Alluvial fan)的形成的形成地形地貌地形地貌 地形高，陡（扇顶）地形高，陡（扇顶） 地形低缓（扇缘）地形低缓（扇缘）水动力条件水动力条件 水流集中水流集中 分散分散 流速快（高能区）流速快（高能区） 慢（低能区）慢（低能区）山区平原扇顶扇顶扇缘（前）扇缘（前）24 典型地区洪积扇沉积物的分带性典型地区洪积扇沉积物的分带性 沉积物粒度沉积物粒度 粗（砾，粗砂）粗（砾，粗砂） 中砂中砂 细细 极细、粘土极细、粘土 沉积特征沉积特征 分选分选 差差 中等中等 好好山区平原扇顶扇顶扇缘（前）扇缘（前）2510.1.2 地下水的特征具明显的分带性地下水的特征具明显的分带性赋存赋存 透水性（透水性（K） 好好 差差 水位埋深水位埋深 深深 浅浅 渐深（或承压）渐深（或承压） 赋存赋存 （深埋区）（深埋区） （溢流区）（溢流区） （下沉区）（下沉区）山区平原扇顶扇顶扇缘（前）扇缘（前）2610.1.3 地下水赋存条件与特征地下水赋存条件与特征补给与排泄补给与排泄 补给补给 好好 差差 流动交替流动交替 V大，交替快大，交替快 V小，交替慢小，交替慢 排泄排泄 径流排泄径流排泄 蒸发排泄蒸发排泄山区平原扇顶扇顶扇缘（前）扇缘（前）2710.1.3 地下水赋存条件与特征地下水赋存条件与特征水化学水化学 形成作用形成作用 溶滤作用溶滤作用 浓缩作用浓缩作用 矿化度（矿化度（TDS） 低低 中中 高高 成分与类型成分与类型 HCO3 SO4 Cl山区平原扇顶扇顶扇缘（前）扇缘（前）2810.1.3 地下水赋存条件与特征地下水赋存条件与特征动态与均衡动态与均衡 动态动态 变幅变幅 大大 小小 均衡均衡 整体、统一的均衡区整体、统一的均衡区景观（环境）景观（环境） 缺水区缺水区 泉，沼泽泉，沼泽 盐渍化区盐渍化区山区平原扇顶扇顶扇缘（前）扇缘（前）2910.1 松散沉积物地下水赋存条件小结松散沉积物地下水赋存条件小结v综合上述分析：综合上述分析：分分析析不不同同沉沉积积物物类类型型的的地地下下水水赋赋存存、运运动动和和水水化化学学特特征征等等（简简称称水水文文地地质质条条件件），应应从从沉沉积积物物形形成成时时的的水水动动力力场场到到沉沉积积物物沉沉积积规规律律，再再到到地地下下水水的的分分带带性性特征来进行特征来进行v掌握分析问题的思路与方法即：掌握分析问题的思路与方法即： 普通地质作用普通地质作用-地质地貌地质地貌-水文地质条件水文地质条件v例如：例如： 西北某些新构造运动影响的洪积扇西北某些新构造运动影响的洪积扇 30西北某些新构造运动影响的洪积扇西北某些新构造运动影响的洪积扇 山前水位埋深山前水位埋深 深深 浅浅 深深 浅浅 3110.2 冲积物（冲积物（fluvial plain）中的地下水）中的地下水v河流沉积物与洪积物相比：河流沉积物与洪积物相比： 经常性水流作用的结果经常性水流作用的结果 河河流流是是线线状状或或带带状状分分布布的的，横横向向与与纵纵向向差差异异大大；在在冲冲积积平平原原区区往往往往发发育育有有多多条条河河流流，呈呈交交织织状状、发生改道且长期作用发生改道且长期作用v冲积平原砂层的几何形态特征冲积平原砂层的几何形态特征v冲冲积积物物的的特特征征，从从垂垂直直河河流流横横向向切切剖剖面面来来分分析析（郑州黄河中下游为例）郑州黄河中下游为例）：见后页图见后页图郑州剖面郑州剖面32冲积平原中的河道变迁及砂层的几何形态冲积平原中的河道变迁及砂层的几何形态A-A，B-B横横切切剖剖面面砂砂层层多多为为小透镜体小透镜体C-C， D-D纵纵向向剖剖面面砂砂层层可可以以延伸很长延伸很长。 3310.2.1 郑州黄河中下游剖面郑州黄河中下游剖面水文地质剖面水文地质剖面在在冲冲积积平平原原上上，古古河河道道与与现现代代河河道道，地地势势最最高高，沉沉积积颗颗粒粒较较粗粗的的砂砂，向向外外，随随着着地地势势变变低低依依次次堆堆积积亚亚砂砂土土、亚亚粘粘土土，在在河河间间洼洼地的中心部位则堆积粘土。地的中心部位则堆积粘土。由由地地势势较较高高（堆堆积积粗粗粒粒沉沉积积）的的现现代代与与近近代代古古河河道道，到到地地势势低低洼洼（堆堆积积粘粘性性土土）的的河河间间洼洼地地，显显示示着着良良好好的的微微地地貌貌岩岩性性地地下水分带下水分带。 古河道河间洼地3410.2.2 古河道古河道河间洼地：河间洼地：地形与岩性地形与岩性 古现代河道古现代河道 河间洼地河间洼地地形地形 高高 低低岩性（粒度）岩性（粒度） 粗粗 细细现代河道现代河道河间洼地河间洼地古河道古河道3510.2.3 古河道古河道河间洼地：河间洼地：地下水赋存、补给与排泄地下水赋存、补给与排泄地下水埋深地下水埋深 深深 浅浅补给条件补给条件 好好 差差排泄排泄 径流径流 蒸发排泄蒸发排泄现代河道现代河道河间洼地河间洼地古河道古河道3610.2.3 古河道古河道河间洼地：河间洼地：地下水化学特征地下水化学特征水化学作用水化学作用 溶滤作用溶滤作用 浓缩作用浓缩作用水型水型 HCO3 Cl, 矿化度（矿化度（TDS） TDS 低低 TDS 高高现代河道现代河道河间洼地河间洼地古河道古河道3710.3 10.3 黄土高原的地下水（风成作用）黄土高原的地下水（风成作用）v黄土是特定地质历史时期的沉积物黄土是特定地质历史时期的沉积物v在在我我国国西西北北部部广广泛泛、大大面面积积分分布布，西西北北部部地地区区又又是是我我国国干干旱旱半半干干旱旱气气候候区区，水水资资源源严严重重匮匮乏乏，基基本本上上无无常常年年性性河流（或地表水），地下水水量也不丰富河流（或地表水），地下水水量也不丰富。v赋赋存存于于黄黄土土孔孔隙隙与与裂裂隙隙中中的的地地下下水水是是当当地地人人民民生生活活的的主主要水源。要水源。v黄黄土土特特征征：厚厚度度大大，结结构构疏疏松松，粉粉土土含含量量大大于于60%，含含钙质结合，呈棕黄，微红，棕黑色。钙质结合，呈棕黄，微红，棕黑色。v黄土形成时期：第四纪中、下更新世黄土形成时期：第四纪中、下更新世 （Q2与与Q3黄土）黄土）3810.3.1 10.3.1 黄土地区的地貌形态黄土地区的地貌形态v黄土地区的地貌形态：黄土地区的地貌形态： 塬、梁峁，黄土杖（撑）地塬、梁峁，黄土杖（撑）地黄土塬黄土塬黄土梁黄土梁黄土杖地黄土杖地39山西黄土地区实景照片山西黄土地区实景照片v右上黄土杖地右上黄土杖地v左下黄土塬、梁左下黄土塬、梁v右下黄土塬上右下黄土塬上4010.3.2 10.3.2 黄土高原的地下水特征黄土高原的地下水特征黄土塬黄土塬黄土梁黄土梁黄土杖地黄土杖地 塬中塬中 塬边塬边 （杖地）（杖地） 水位埋深水位埋深 中中 大大 较小较小 补补 给给 有利于有利于 不利于不利于 排排 泄泄 弱弱 较强，强较强，强 水化学水化学 溶滤溶滤 浓缩浓缩 矿化度矿化度 中中 矿化度大矿化度大有利打井取水区为塬中心，或边坡地带有利打井取水区为塬中心，或边坡地带4110.4 10.4 孔隙含水系统实例分析孔隙含水系统实例分析请自学教材P113，10.5节内容分析问题的方法：分析问题的方法：沉积环境沉积环境 水动力条件水动力条件 沉积规律沉积规律 地下水特征地下水特征本章的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）本章的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。的特征的思路与方法。重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。运动、水化学和水动态的分带性特点。 第十章结束第十章结束42