《水文地质学基础》教案

内蒙古工程学校公开课《水文地质学基础》教案班级：矿产地质2006－5班教师：王宁辉时间：二OO七年十一月二十六号第九章地下水动态与均衡教学课题：§9－2地下水均衡教学目的：1、知识目标：（1）掌握水均衡方程式的书写方式。（2）掌握水均衡方程式中各个符号的含义。2、能力目标：（1）会写出不同条件、不同地段的天然状态下的水均衡方程式。（2）会分析人为因素对地下水均衡的影响。3、德育目标：（1）培养学生独立分析问题、解决问题的能力。（2）加强学生的逻辑思维能力。（3）培养学生理论与实际联系分析问题的能力。教学重点：掌握天然状态下水均衡方程式的书写，并能够准确的分析出人为因素对地下水均衡的影响。教学难点：1、水均衡方程式的书写。2、分析外界环境影响下地下水各要素（如水位、水温、水量等）的变化。教具准备：多媒体课件教学方法：讲授法、图示法、启发联想法教学流程：（Ⅰ）回忆——使学生温故而知新：1、地下水均衡的概念：地下水均衡：某一时间段内某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况称作地下水均衡。2、水均衡方程式：某一时段，某一地区各补给量与各消耗量的差值，等于均衡期始末水的储存量的变化量的关系式。一般格式：补给量之和－消耗量之和＝变化量3、陆地上某一地区天然状态下的水均衡方程式：（X＋Y1＋W1＋Z1）－（Y2＋W2＋Z2）＝V＋m＋μ△h＋μ*△h′（Ⅱ）引入一、某一地区潜水均衡方程式的一般形式：【师】前面大家回忆了陆地上某一地区天然状态的水均衡方程式，研究范围较大，包括了地表水、包气带水、潜水与承压水，现在我们将范围缩小研究一下潜水的水量变化。大家看图9－1（潜水均衡示意图），在均衡区范围内有两条河流，河中水的水位从白色三角下降到黑色三角，潜水水位发生了△h变化；我们假设是承压水通过其间的弱透水层给予潜水水量补给。QtW1W2QdYfZUXfZc△h含水层弱透水层潜水位含水层图9－1潜水均衡示意图【提问】分析一下此图中潜水含水层的补给来源与排泄方式，写出潜水的水均衡方程式。【生】潜水的收入项（A）包括：降水入渗补给量（Xf），地表水入渗补给量（Yf），凝结水补给量（Zc），上游断面潜水流入量（Wu1），下伏承压含水层越流补给潜水水量（Qt，如潜水向承压水越流排泄则列入支出项）。潜水支出项（B）包括：潜水蒸发量（Zu，包括土面蒸发及叶面蒸发），潜水以泉或泄流形式排泄量（Qd），下游断面潜水流出量（Wu2）。均衡期始末潜水储存量变化为μ△h。则：A－B＝μ△hμ△h＝（Xf＋Yf＋Zc＋Wu1＋Qt）－（Zu＋Qd＋Wu2）【思考】刚才我们写的潜水均衡方程式，是一般形式，包括了各种因素，而在一定条件下，由于地形条件的不同，某些均衡项可取消。1、典型的干旱半干旱平原潜水均衡方程式【师】干旱半干旱平原区，地势平坦，地下径流比较微弱，在地势平坦地区，很少见到泉水出现。分析一下这个地区潜水的水均衡方程式。【生】凝结水补给很少，Zc可忽略不计；地下径流微弱的平原区，可认为Wu1，Wu2趋近于零；无越流的情况下，Qt不存在；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：μ△h＝（Xf＋Yf）－Zu【师】多年均衡条件下，μ△h＝0，则得：Xf＋Yf＝Zu【说明】此式表示渗入补给潜水的水量全部消耗于蒸发。2、典型的湿润山区潜水均衡方程式为：【师】湿润山区，空气湿度大，凝结水含量少，地势起伏大，地下径流强烈，山区地区经常见到泉水。分析一下这个地区潜水的水均衡方程式。【生】通常凝结水补给很少，Zc可忽略不计；地下径流条件发育较好的山区，可认为Wu1＝Wu2，前后抵消；无越流的情况下，Qt不存在；地形切割较好，径流排泄发育，在山区主要以泉的形式排泄Qd，因此，方程式简化为：μ△h＝（Xf＋Yf）－Qd【师】多年均衡条件下，μ△h＝0，则得：Xf＋Yf＝Qd山前冲洪积平原冲积湖积平原Yf1Xf1ZU1Yf2Xf2ZU2QtQdW2W1W3潜水承压水透水基岩砂砾石花岗岩粘性土潜水泉均衡收支项【说明】即入渗补给的水量全部以径流形式排泄。二、大区域地下水均衡研究需要注意的问题：【师】从供水角度发出，可供长期开采利用的水量，便是含水系统从外界获得的多年平均年补给量。对于大的含水系统，除了统一求算补给量外，有时往往还需要分别求算含水系统各部分的补给量。此时应注意避免上、下游之间，潜水、承压水之间，以及地表水与地下水之间水量的重复计算。图9－2表示了一个堆积平原含水系统，它可区分为包含潜水的山前冲洪积平原及包含潜水及承压水的冲积湖积平原两大部分。天然条件下多年中水量均衡，地下水储存量的变化值为零。各部分的水量均衡方程式如下：图9－2堆积平原含水系统地下水均衡模式山前冲洪积平原潜水：（Xf1＋Yf1＋W1）－（Zu1＋Qd＋W2）＝μ△h（9－1）冲积湖积平原潜水：（Xf2＋Yf2＋Qt）－Zu2＝μ△h（9－2）冲积湖积平原承压水：W2－（Qt＋W3）＝μ*△h′（9－3）式中：Xf1、Xf2－分别为山前平原及冲积平原降水渗入补给潜水水量；Yf1、Yf2－分别为山前平原及冲积平原地表水渗入补给潜水水量；W1、W2、W3－分别为山前平原上、下游断面及冲积平原下游断面地下水流入（流出）量；Zu1、Zu2－分别为山前平原及冲积平原潜水蒸发量；Qd－泉水排泄；Qt－承压水越流补给;μ△h、μ*△h′－潜水与承压水变化量。整个含水系统的水量均衡方程式为：（Xf1＋Xf2＋Yf1＋Yf2＋W1）－（Zu1＋Zu2＋Qd＋W3）＝μ△h＋μ*△h【注意】如果简单地将含水系统各部分均衡式中水量收入项累加，则显然比整个系统地水量收入项多了W2及Qt两项。分别求算地结果比统一求算偏大。从图9－2中很容易看出，冲积平原承压水并没有独立地补给项。它地收入项W2，就是山前平原潜水支出项之一。将（9－1）改写为：W2＝Xf1＋Yf1＋W1－Zu1－Qd可知，W2是由山前平原补给量的一部分转化而来。冲积平原潜水的收入项Qt同样也可通过改写式（9－3）得出：Qt＝W2－W3显然，Qt是由W2的一部分转化而来，归根到底，是由山前平原潜水补给量转化的。山前冲洪积平原冲积湖积平原Yf1Xf1ZU1Yf2Xf2ZU2QtQdW2W1W3潜水承压水透水基岩砂砾石花岗岩粘性土潜水泉均衡收支项W2、Qt都属于堆积平原含水系统内部发生的水量转换，而不是含水系统与外部之间发生的水量转换。【思考】1、在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间的水量转换，将发生一系列变化。假定单独开采山前平原的潜水，则此部分水量均衡将产生以下变化：（1）随着开采量的增加，水井周边形成水位降落漏斗，引起潜水位下降，地下水不再溢出成泉，Qd＝0；（2）由于潜水水位下降与冲积平原间水头差变小，W2减小；（3）随着水位下降，蒸发减弱，Zu1变小；（4）与山区地下水水头差变大，W1增加；（5）地表水与地下水水头差变大，Yf1增大；（6）潜水浅埋带水位变深，有利于吸收降水，可能使Xf1增大。结果是山前平原潜水补给量增加，排泄量减少。2、与此同时，对地表水及邻区地下水的均衡产生下列影响：（1）W2减少及相应的Qt减少，使冲积湖积平原承压水及潜水补给量减少；（2）W1增大，使山区排泄量增大；（3）Xf1及Yf1增大，使地表径流量减少，从而使冲积湖积平原潜水收入项Yf2变小。综上所述，进行大区域水均衡研究时，必须仔细查清上下游，潜水和承压水，地表水与地下水之间的水量转换关系，否则将导致水量重复计算，人为地夸大可开采利用的水量。作业：牢记潜水与大区域水均衡方程式，并能够分析人为因素对水均衡的影响。课后补记：此课采用的是“启发式教学”：教学方式是由老师给予情景设置，由学生根据不同情景，发挥想象，分析问题，解决问题。目的是使学生学会知识的融会贯通，前后联系，不要总是老师说什么就被动的接受什么，要学会自己思考，引发学生的学习积极性。