水文地质学基础第九章精品文稿.ppt
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1、水文地质学基础第九章第1页,本讲稿共65页第九章第九章 地下水的动态与均衡地下水的动态与均衡9.1 9.1 地下水动态与均衡的概念地下水动态与均衡的概念9.2 9.2 地下水动态地下水动态9.3 9.3 地下水均衡地下水均衡第2页,本讲稿共65页含水层(含水系含水层(含水系统)统)始终始终与环境与环境发生发生物质物质、能量能量、信息信息的交换,时的交换,时刻处于变化之中。刻处于变化之中。第3页,本讲稿共65页地下水动态的概念:地下水动态的概念:在与环境相互作用下在与环境相互作用下,含水层各要素含水层各要素(水位、水量、水化学成分、水温等水位、水量、水化学成分、水温等)随随时间的变化时间的变化,
2、称作地下水动态称作地下水动态。第4页,本讲稿共65页地下水要素随地下水要素随时间发生生变动的原因:的原因:含水层含水层(含水系统含水系统)水量、盐量、热量、能量水量、盐量、热量、能量收支收支不平衡的结果不平衡的结果。当含水当含水层的的补给水量大于排泄水量水量大于排泄水量时,储存水量增存水量增加加,地下地下水位上升水位上升;当当补给量小于排泄量量小于排泄量时,储存水量减少存水量减少,水位下降水位下降。盐量、量、热量、能量的收支不平衡量、能量的收支不平衡,会会使地下水水使地下水水质、水温或水位水温或水位发生相生相应变化化。第5页,本讲稿共65页地下水位的变化反映了地下水所具有的势能的变化。地下水位
3、的变化反映了地下水所具有的势能的变化。而地下水势能变化可以由于而地下水势能变化可以由于获得水量补给储存水量增获得水量补给储存水量增加加引起引起,也可以也可以与水量增减无关与水量增减无关。例如:例如:当含水当含水层受到地受到地应力作用力作用,赋存地下水的含水介存地下水的含水介质受到受到压应力并将其力并将其传递到地下水上到地下水上时,地下水位也会上地下水位也会上升;升;这种情况下地下水位种情况下地下水位虽有上升但并不意味着其水有上升但并不意味着其水量增加。量增加。第6页,本讲稿共65页研究地下水动态的意义:研究地下水动态的意义:地下水地下水动态反映了反映了地下水要素随地下水要素随时间变化的状化的状
4、况况,为了合理利用地下水或有效防范其危害,必了合理利用地下水或有效防范其危害,必须掌掌握地下水握地下水动态;地下水地下水动态提供提供给我我们关于关于含水含水层或含水系或含水系统的不同的不同时刻的系列化信息刻的系列化信息,因此,在,因此,在检验所作出的水所作出的水文地文地质结论,在,在论证人人们所采用的利用或防范地下水所采用的利用或防范地下水的水文地的水文地质措施是否得当措施是否得当时,地下水,地下水动态资料是最料是最权威的判据。威的判据。第7页,本讲稿共65页地下水均衡的概念:地下水均衡的概念:某一某一时间段时间段内某一内某一地段地段内地下水水内地下水水量量(盐量、热量、能量盐量、热量、能量)
5、的的收支状况收支状况称作称作地下水均衡。地下水均衡。第8页,本讲稿共65页地下水动态与地下水均衡间的关系:地下水动态与地下水均衡间的关系:动态是均衡的是均衡的外部表外部表现;均衡均衡是是动态的的内在根源内在根源。第9页,本讲稿共65页研究地下水动态与均衡的意义:研究地下水动态与均衡的意义:查清地下水的补给、排泄条件;查清地下水的补给、排泄条件;阐明地下水资源条件;阐明地下水资源条件;确定含水层之间、含水层与地表水体的关系。确定含水层之间、含水层与地表水体的关系。第10页,本讲稿共65页地下水动态的形成机制地下水动态的形成机制影响地下水动态的因素影响地下水动态的因素地下水天然动态类型地下水天然动
6、态类型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 9.2 地下水动态地下水动态第11页,本讲稿共65页一、地下水动态的形成机制一、地下水动态的形成机制形成机制的理解:形成机制的理解:地下水动态是地下水动态是含水层含水层(含水系统含水系统)对环境对环境施加的施加的激励激励所产生的响应所产生的响应;地下水动态是含水层地下水动态是含水层(含水系统含水系统)将输入信息变换后将输入信息变换后产生的输出信息产生的输出信息。第12页,本讲稿共65页实例分析:实例分析:分析降雨对地下水位的影响分析降雨对地下水位的影响一次降雨一次降雨:通常持续数小时到数天,把它看作是发:通常持续数小时到数天,把它看作
7、是发生于某一时刻的生于某一时刻的“脉冲脉冲”。同一时刻的降雨同一时刻的降雨,在包气带中通过大小不同的空隙在包气带中通过大小不同的空隙以不同速度下渗。以不同速度下渗。当运动最快的水滴到达地下水面时,地下水位开当运动最快的水滴到达地下水面时,地下水位开始上升,占比例最大的水量到达地下水面时,地下水始上升,占比例最大的水量到达地下水面时,地下水位的上升达到峰值;运动最慢的水滴到达地下水面后位的上升达到峰值;运动最慢的水滴到达地下水面后,降水的影响结束。降水的影响结束。第13页,本讲稿共65页 与一个降水与一个降水脉冲脉冲相对应相对应,作为响应作为响应的地下水位的的地下水位的抬升表现为一个抬升表现为一
8、个波形波形。或。或者说,经过含水层者说,经过含水层(含水系含水系统)的变换统)的变换,一个一个脉冲信脉冲信号号变成了一个变成了一个波信号波信号。与对应的脉冲相比与对应的脉冲相比较较,波的出现有一个时间滞波的出现有一个时间滞后后a,a,并持续某一时间延迟并持续某一时间延迟b b。第14页,本讲稿共65页多次降雨:多次降雨:当相邻的两次或多当相邻的两次或多次降雨接近,各次降雨次降雨接近,各次降雨引起的地下水抬升的引起的地下水抬升的波波形相互迭合形相互迭合。当各个波峰迭加时当各个波峰迭加时,会迭会迭合成更高的波峰(图合成更高的波峰(图a a、b b、c),c),地下水位会地下水位会出现一出现一个峰值
9、个峰值。第15页,本讲稿共65页 实际情况下,多实际情况下,多是各个波形的是各个波形的波峰波峰与波谷迭合与波谷迭合,削峰填削峰填谷谷,构成平缓的复合构成平缓的复合波形波形(图(图d d、e e、f)f)。第16页,本讲稿共65页降水对泉流量的影响降水对泉流量的影响:一次降雨使泉水量出现一个波形的增加,若干次降雨所引起的一次降雨使泉水量出现一个波形的增加,若干次降雨所引起的波形相迭合,削峰填谷的结果,使泉流量远较降水变化为稳定。北波形相迭合,削峰填谷的结果,使泉流量远较降水变化为稳定。北方的许多岩溶大泉流量动态稳定就是此原因。方的许多岩溶大泉流量动态稳定就是此原因。间断性的降水间断性的降水,通过
10、含水层通过含水层(含水系统含水系统)的变换的变换,将转化成比较连将转化成比较连续的地下水位变化或泉流量变化。这是信号滞后、延迟与迭加的续的地下水位变化或泉流量变化。这是信号滞后、延迟与迭加的结果。结果。第17页,本讲稿共65页地下水动态的特点:地下水动态的特点:连续性连续性 随机性随机性 周期性周期性第18页,本讲稿共65页二、影响地下水动态的因素二、影响地下水动态的因素 按照按照地下水动态是含水层地下水动态是含水层(含水系统含水系统)连续的信息连续的信息输出输出的理解,将影响地下水动态的因素分为两类的理解,将影响地下水动态的因素分为两类:环境对含水层环境对含水层(含水系统含水系统)的信息输入
11、的信息输入:如降水、地表水的补给,人工开采或补给地下水,如降水、地表水的补给,人工开采或补给地下水,地应力对地下水的影响等;地应力对地下水的影响等;变换输入信息的因素变换输入信息的因素:赋存地下水的地质、地形条件。赋存地下水的地质、地形条件。第19页,本讲稿共65页影响地下水动态的主要影响地下水动态的主要自然因素自然因素:气候(气象)因素气候(气象)因素 水文因素水文因素 地质因素地质因素 植被因素植被因素第20页,本讲稿共65页特点:特点:大面积、普遍产生影响(主要是降水与蒸大面积、普遍产生影响(主要是降水与蒸发)发)气象(气候)因素对潜水动态的影响:气象(气候)因素对潜水动态的影响:特点特
12、点:普遍性最好:普遍性最好 过程过程:a.a.降水的数量及其时间分布,影响潜水的降水的数量及其时间分布,影响潜水的补给,从而使潜水含水层水量增加,水位抬升,补给,从而使潜水含水层水量增加,水位抬升,水质变淡;水质变淡;b.b.气温、湿度、风速等与其它条件结合,影气温、湿度、风速等与其它条件结合,影响着潜水的蒸发排泄,使潜水水量变少,水位降低,响着潜水的蒸发排泄,使潜水水量变少,水位降低,水质变咸。水质变咸。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第21页,本讲稿共65页气象(气候)要素的周期性变化:气象(气候)要素的周期性变化:降水的降水的 昼夜变化昼夜变化 降水的
13、降水的 年内季节性变化年内季节性变化 降水的降水的 多年变化(如多年变化(如1111年周期)年周期)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 季节变化季节变化 最突出最突出 、最有意义、最有意义第22页,本讲稿共65页分析气象因素对潜水分析气象因素对潜水位的影响时,必须区位的影响时,必须区分潜水位的分潜水位的真变化与真变化与伪变比伪变比。实践中,应当考虑多实践中,应当考虑多年的地下水位与水量年的地下水位与水量的变化。的变化。第23页,本讲稿共65页气候存在气候
14、存在多年周期性波动多年周期性波动 例如:周期为例如:周期为1111年的太阳黑子变化,影响丰水年的太阳黑子变化,影响丰水期与干旱期的交替,使地下水位呈同一周期变化。期与干旱期的交替,使地下水位呈同一周期变化。第24页,本讲稿共65页重大的长期性地下水供排水设施,应当考虑多年的地下水位重大的长期性地下水供排水设施,应当考虑多年的地下水位与水量的变化:与水量的变化:供水工程供水工程应根据多年资料分析地下水位最低时水量能否应根据多年资料分析地下水位最低时水量能否满足要求;满足要求;排水工程排水工程要考虑多年最高地下水位时的排水能力。要考虑多年最高地下水位时的排水能力。缺乏地下水多年观测资料时,可利用多
15、年的气象、水文资缺乏地下水多年观测资料时,可利用多年的气象、水文资料,或根据树木年轮、历史资料与考古资料,推测地下水料,或根据树木年轮、历史资料与考古资料,推测地下水多年动态。多年动态。第25页,本讲稿共65页 2.2.水文因素水文因素 地表水体地表水体补给地下地下水引起地下水位抬升水引起地下水位抬升时,随着随着远离河流,水位离河流,水位变幅减小,幅减小,发生生变化的化的时间滞后滞后。河水河水对地下水地下水动态的影响一般的影响一般为数百米至数数百米至数公里公里,此范此范围以外以外,主要主要受气候影响。受气候影响。第26页,本讲稿共65页地质因素对地下水动态影响的主要体现地质因素对地下水动态影响
16、的主要体现:补、排与径流条件的变化补、排与径流条件的变化反映对地下水文要素的反映对地下水文要素的变幅和滞后时间等特征的影响。变幅和滞后时间等特征的影响。地质构造地质构造决定地下水、大气水、地表水的不同联决定地下水、大气水、地表水的不同联系,反映出受气候、水文因素的影响程度不同,因而出现系,反映出受气候、水文因素的影响程度不同,因而出现不同的动态特征。不同的动态特征。3.地质因素 地质因素是影响输入信息变换的因素。当降水补给地下水时,包气带厚度与岩性控制着地下水位对降水的响应。第27页,本讲稿共65页潜水潜水 埋深愈大,对降水脉冲的滤波作用愈强;相对于降水,埋深愈大,对降水脉冲的滤波作用愈强;相
17、对于降水,地下水位抬高的时间滞后与延迟愈长;水位历时曲线呈现为较地下水位抬高的时间滞后与延迟愈长;水位历时曲线呈现为较宽缓的波。宽缓的波。包气带岩性的渗透性愈好,则滤波作用愈弱;地下水位抬升的包气带岩性的渗透性愈好,则滤波作用愈弱;地下水位抬升的时间滞后与延迟小;水波历时曲线波形较陡。时间滞后与延迟小;水波历时曲线波形较陡。潜水储存量的变化潜水储存量的变化是以给水度与水位变幅是以给水度与水位变幅h h的乘积表示的,即:的乘积表示的,即:当储存量变化相同时,给水度愈小,水位变幅愈大。当储存量变化相同时,给水度愈小,水位变幅愈大。河水引起潜水位变动时,含水层的透水性愈好,厚度愈大,含河水引起潜水位
18、变动时,含水层的透水性愈好,厚度愈大,含水层的给水度愈小,则波及范围愈远。水层的给水度愈小,则波及范围愈远。第28页,本讲稿共65页承压水承压水 动态变化比潜水小:动态变化比潜水小:a.a.降水补给时,补给区的潜水位变化较明显,随着远降水补给时,补给区的潜水位变化较明显,随着远离补给区,变化渐弱,以至于消失;离补给区,变化渐弱,以至于消失;b.b.从补给区向承压区传递降水补给影响时,含水层的渗从补给区向承压区传递降水补给影响时,含水层的渗透性愈好,厚度愈大,给水度愈小,则波及的范围愈大;透性愈好,厚度愈大,给水度愈小,则波及的范围愈大;c.c.承压含水层埋藏愈深,构造封闭性愈好,与外界的承压含
19、水层埋藏愈深,构造封闭性愈好,与外界的水力联系愈弱,则引起的动态变化愈微弱;水力联系愈弱,则引起的动态变化愈微弱;d.d.承压含水层的水位变动可以由于固体潮、地震等引承压含水层的水位变动可以由于固体潮、地震等引起,这时地质因素成为环境对地下水的输入。起,这时地质因素成为环境对地下水的输入。第29页,本讲稿共65页 三、地下水天然动态类型三、地下水天然动态类型 潜水潜水(松散沉积物浅部水)的天然(松散沉积物浅部水)的天然动态类型动态类型:蒸发型蒸发型 径流型径流型 弱径流型弱径流型第30页,本讲稿共65页 蒸发型动态蒸发型动态分布区:分布区:干旱半干旱地区地形切割微弱平原或盆地干旱半干旱地区地形
20、切割微弱平原或盆地。动态特征:动态特征:地下水径流微弱,以蒸发排泄为主地下水径流微弱,以蒸发排泄为主。年水位变幅小年水位变幅小,各处变幅相差不大;,各处变幅相差不大;水水质质季季节节变变化化明明显显,地地下下水水不不断断向向盐盐化化方方向向发发展展,并并使使土壤盐渍化。土壤盐渍化。第31页,本讲稿共65页渗入蒸发型的平原潜水第32页,本讲稿共65页径流型动态径流型动态分布区:山区及山前。分布区:山区及山前。动态特征:动态特征:地形高差大,水位埋藏深,以径流排泄为主地形高差大,水位埋藏深,以径流排泄为主。年水位变幅大而不均;年水位变幅大而不均;水质季节变化不明显,长期则不断趋于淡化。水质季节变化
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- 水文地质学 基础 第九 精品 文稿
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