水文地质学基础6

第六章地下水的动态与均衡学习导航：学习中注意与上一章知识的联系与区别学习中要从系统论来考虑问题地下水的动态地下水的均衡结果要求第一节地下水动态与均衡的概念定义：地下水的动态是指地下水的数量和质量（水位、流量、水温、水化学成分等）在各种因素影响下随时间的变化情况。某一时间段内某一地段地下水水质、水量收支平衡的数量关系称作地下水均衡。地下水动态与地下水均衡之间的关系：地下水动态是地下水均衡的外部表现，而地下水均衡则是地下水动态的内在原因。地下水动态与均衡的研究意义开发利用地下水矿坑疏排水水资源管理与评价改良土壤疏干排水含水层储热性能的利用第二节影响地下水动态的因素气候因素：主要是降雨、蒸发及气压等因素。不同时间段受气候影响的地下水变化规律昼夜变化:主要是气温和气压变化引起的,含水本身的水位水量并没有发生变化。季节性变化:主要由降水和蒸发引起的。见图6-1缓变型：平原松散沉积区的潜水，动态曲线平缓。突变型：岩溶强烈发育地区，动态曲线形状尖陡，暴涨暴落且与降水同步。见图6-2滞后型:深部承压水,与地表水联系不紧密,对降水影响有滞后效应。多年性变化：一般与太阳黑子有关，11年为一周期，见图6-3第二节影响地下水动态的因素水文因素：前提是近水体，有水力联系。河流：有三种形式：1、河流补给地下水；2、河流排泄地下水；3、洪水期补给，枯水期排泄。特点：1、地下水位与河水位基本一致，但前者比后者稳定，动态曲线较平滑，后者多为锯齿状；2、地下水位变化滞后于河水，变幅小于河水；3距河水越远，变化幅度越小，滞后越明显。图6-4湖泊影响海潮影响第二节影响地下水动态的因素人为因素：在天然状态下，地下水动态围绕某一范围波动，但人类活动却会打破天然动态。主要影响因素：地下水开发、矿区疏干排水、农业灌溉、修建地表和地下水水库、修建运河、渠道、跨区域调水工程、城市污水排放、污灌和人工补给等实例农业灌溉，见图6-6城市地下水开采,见图6-7、6-8、6-9矿井疏干水,见图6-10人工回灌，见图6-11第二节影响地下水动态的因素地质因素：对地下水的影响并不反映于其周期性上，而是反映在形成特征方面，即通过控制含水层本身的结构及赋存环境，影响补给、排泄的强度及径流条件，从而改变地下水要素的变化幅度与滞后时间。地质构造岩石性质埋藏条件地震（图6-5）注意区别水位传递速度和地下水实际流速第三节地下水动态类型及煤矿区地下水动态观测动下水动态的类型朗格的分类：考虑影响因素将潜水分为三个组和若干亚组气候组：分湿润和干燥两个亚组水文组：分补给和回水两个亚组人为组：分灌溉和开采两个亚组卡明基分类：考虑潜水的水动力特点，将地下水分四类分水岭型沿岸型山前型和岩溶型多年冻结型第三节地下水动态类型及煤矿区地下水动态观测阿利托夫斯分类：以地下水的补给来源为主，并考虑了地下水的分带的和非分带的因素，见表6-1灌溉地区潜水动态类型1、渗入-蒸发型2、渗入-径流型3、渗入-蒸发、径流型煤矿区地下水动态观测观测目的：查明地下水在天然因素和人为因素的影响下随时间的变化规律，为查明矿区水文地质条件提供资料第三节地下水动态类型及煤矿区地下水动态观测地下水动态长期观测任务确定地下水之间、地下水与地表水之间的水力联系，地下水和地表水及大气降水等与矿井充水的关系；预计矿井矿井涌水量及其与开采面积、深度、巷道掘进长度的关系；分析断层和含水层的富水性、导水性，为矿区供水及矿井水文地质条件作综合性评价提供依据。观测内容与方法，详见表6-2第四节地下水均衡几个概念地下水均衡：某一些时间地段内某一地段地下水水质，水量收支平衡的数量关系。地下水均衡研究：就是利用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素之间的数量关系。均衡区：进行水均衡计算所选定的地区称为均衡区。均衡期：进行均衡计算的时间段，称为均衡期。正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（盐量、热量）的收入大于支出。负均衡：反之，支出大于收入，地下水储存量（盐储量、热储量）减少，称作负均衡。第四节地下水均衡水均衡方程式：某一均衡区要一定的均衡期内，水的收入量与支出量之间关系的数学表达式。陆地某一地区的水均衡方程式：收入项（A）：大气降水量（X）、地表水流入量（Y1）、地下水流入量（W1）、水汽凝结量（Z1）支出项（B）：地表水流出量（Y2）、地下水流出量（W2）、蒸发量（Z2）储量变化量（）：地表水变化量（V），包气带水变化量（m），潜水变化量（）承压水变化量（）sshhmVZZWWYYX)()()(121212wBAwsshh第四节地下水均衡天然条件下潜水水均衡方程式(图6-12）收入项（A）：降水入渗量（Xf）、地表水流入渗量（Yf）、凝结水补给量（Zc）、潜水流入量（Wu1）、越流补给量（Qt）支出项（B）：潜水蒸发量（Zu）、潜水流出量（Wu2）、潜水排泄量（Qd）在平原区：典型的干旱半干旱平原均衡方程式典型的湿润山区潜水方程式)()(21udutucffWQZQWZYXhuffZYXhuffZYXdffQYX第四节地下水均衡人为影响下的地下水均衡：在自然因素的前提下，加上一个人为影响的水量。抽水：支出项加上一个抽水量矿井开采：考虑矿井排水量农业灌溉：考虑灌入量及沟渠排水量第四节地下水均衡地下水均衡计算步骤及实例水均衡计算和评价的主要步骤在查明区域地下水条件，确定均衡要素并建立均衡方程式划分均衡区确定水文地质参数计算各项补给量和排泄量，根据均衡方程，按每一项逐步进行计算结论第四节地下水均衡例1如图所示的冲积平原。平原西部以山脉为界，山脉由不透水的花岗岩和石英岩组成，平原东部以一大河为界，山脉与河流间的平原面积为33.7km2，地下水系统由砂质沉积物组成，可看做单一潜水含水层。含水层的降水补给为130mm/年，几条小溪在山脚处汇入沙质冲击区，也补给地下水系统3000m3/d。主河流附近有几处泉水，测得总排量为5000m3/d。泉水完全用于家庭供水，其对含水层的回归流忽略不计。另外，河流有基流，其部分源自河流以西地区，图中已标明，该基流估计为10000m3/d。试计算该含水层是否均衡？第四节地下水均衡第四节地下水均衡实例2：克雷洛夫对中亚某灌区的潜水均衡研究1、均衡公式：2、计算结果：31.0=22.7+255.5+77.0+9.2-313.4-20.03、结论：补给量大于排泄量，土壤有盐渍化危险，需减少灌水入渗，或加大排水量。rutfQZQffXh21第四节地下水均衡实例3：唐山市处于燕山南麓，地势北高南低北高，多年平均降雨量为648.1mm,地表水有5条河流,2个水库及一些坑塘洼地，埋深150m以上的潜水---半承压水，为市区农业及部分工业、生活用水的主要开采层，单位涌水量5~25m3/h·m,地下水自1973年逐步下降，各含水层水位下降速度在0.42~1.67m/a之间，试结合其它有关因素对其水均衡状况作出评价。1.分析水文地质条件及气候条件：主要补给因素：降雨入渗、地表水入渗、灌溉回归及区外径流补给等；排泄项有：工业开采、生活用水、农业开采、矿坑排水、地下径流向区外排泄、潜水蒸发和泉水溢出等。第四节地下水均衡2均衡区划分：划分为两个均衡区计算有关数据，见表6-3评价：全区补给量小于排泄量，处于超采状态。泉溢生活侧出蒸发矿排工采农采入侧表渗农回降渗储变（）（QQQQQ-QQQQQQQ第四节地下水均衡例4某露天矿位于近似封闭的盆地内，含水层厚7.24m，含水层给水度为28.07%，露天采矿场面积为285000m2，采矿场周边长2136m，矿区集水面积（不包括采场面积）为2529000m2，矿区年降水量为455.9mm，入渗系数为0.0504，疏干时间12个月，疏干影响半径为325m，计算露天矿的涌水量。