8-地下水系统解析

LOGOFundamentalsofHydrogeology水文地质学基础第八章地下水系统Groundwatersystem主讲教师：张卫民CompanyLogo地下水系统的概念8.1.1系统与系统方法系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体相互作用，相互依赖→不是各部分的简单堆集，而是有规则的组织。整体功能大于局部（要素）之和系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法系统思想：就是把研究对象看作一个有机整体，从整体角度去考察、分析与处理问题的方法系统目标：系统整体功能的最优化（不是局部的）8.1.2地下水系统1、地下水系统的概念（1）地下水含水系统(Groundwateraquifersystem)指有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。（2）地下水流动系统(Groundwaterflowsystem)指从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。2、地下水含水系统与地下水流动系统的比较（1）两者的共同点:突破了把单个含水层作为功能单元的传统，力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体潜水承压含水层流网图bca潜水与承压含水层—含水系统河间地块流网与流动系统系统的比较（2）两者的不同点含水系统流动系统根本不同—一个是静态系统一个是动态系统分类依据根据储水构造划分根据水的流动特征—以介质场为依据—以渗流场为依据系统发育史共同的地质演变历史共同的地下水演变历史—地层形成史一致—水的补给径流统一边界性质相对隔水的地质边界流面(分水线)—水力边界—地质上的零通量面—水力零通量面系统的可变性边界固定不变边界可变,系统规模数目可变—静态的系统—是可干扰的动态系统统一性统一的或潜在统一的水量、盐量、热量时空演变统一的水力联系水流研究意义有助于从整体上研究有助于研究水量、水质水量、盐量、热量的均衡水温的时空演变系统的比较（3）两者的关系：①通常，一个大的含水系统可以包含若干个流动系统②两者都可以进一步划分为子系统——分层次的子系统是不同,但大的系统是一致的③流动系统在人为因素影响下，规模、数量均会发生变化，但新的流动系统受到大的含水系统边界的制约，通常不会越出大的含水系统边界两者的关系地下含水系统与流动系统的关系IIICompanyLogo地下水含水系统一、概念指有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二、不同类型的含水系统松散沉积物含水系统基岩含水系统——裂隙岩层、岩溶地层CompanyLogo地下水流动系统（GFS）概念地下水流动系统——是指从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。早在1940年，赫伯特（Hubbert）正确地画出了河间地块流网。A图只考虑水平运动；B还考虑垂直运动。河间地块流网图子系统边界流线中间GFS区域GFS局部GFS子系统边界流动系统划分为：局部流动系统—？个；中间流动系统—？个；区域流动系统—？个；1963年，托特（J.Toth）用数学模型做了复杂盆地的潜水流网，并画出理想盆地的流动系统模拟图GFS理论的两个前提：（1）区域水力连续性从较长的时间尺度与较大的空间尺度来考察问题，大范围内的地下水存在着水力联系→时间因素（2）控制地下水流动的是“势”-地形，不是地质条件从水力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆地，而不是地质盆地。驱动水流的势来自区域地形高处，水从地形高处向地形低处运动。8.3.2GFS的水动力特征GFS的水动力特征高势区（势源）—地形高处：地下水由上至下运动低势区（势汇）—地形低处：地下水由下向上运动垂向运动中：由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→压能转化；由下至上，部分储存的压能释放转化为势能垂向运动的存在：传统的“承压”现象在潜水中也可以出现。流动方向的多样性：由上至下，由下至上，水平运动区域流动系统图8.3.3GFS的水化学特征GFS的水化学特征地下水流动系统的水动力特征决定了水化学特征在流动系统中，水质取决于空间位置，其原因：①入渗水质；②流程—流径长度；③流速；④流动过程中物质补充及迁移性；⑤流程中经受的水化学作用局部：流程短，流速快（交替快），TDS低，水型简单，氧化环境，溶滤作用。区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS高，水型复杂，浅部氧化环境，深部还原环境，溶滤作用、脱硫酸作用，脱碳酸作用，阳离子交替吸附作用。存在垂直与水平分带性水化学积聚区→相汇处，水动力圈闭带，相背处→准滞流带，矿化度，水型与水学形成作用方式，与水动力特征相一致区域流动系统图局部：流程短，流速快（交替快），TDS低，水型简单区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS高，水型复杂垂直与水平分带性地下水流动系统中的水质演变区域地下水流动及其伴生标志水化学积聚区→相汇处，水动力圈闭带;相背处→准滞流带ＨＣＯ4ＨＣＯ3ＳＯ４ＳＯ４ＣｌＣｌ8.3.3GFS的水温特征GFS的水温度特征地温分布曲线受水流作用影响排泄区，上升水流使地温梯度变大补给区，下降水流使地温梯度变小•地下水流动系统的总结地下水流动系统理论其实质是以地下水流网为工具，以势场介质场的分析为基础。将渗流场、水化学场、温度场统一于新的地下水流动系统概念框架之中将传统认为互不相关的地下水各方面的表现联系在一起，纳入到一个有序的地下水空间与时间连续演变的结构之中，有助于人们从整体上把握地下水质与量特征、地下水系统与环境之间联系--→这一分析方法叫做地下水系统方法地下水流动系统图区域流动系统图思考题一个地形复杂地区，是否发育多级流动系统?主要取决于哪些因素?CompanyLogo地下水系统的概念