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地下水水文学 主讲：杜发兴 第9讲 第四章 地下水动态和均衡 4.1 天然状态下的地下水动态 地下水动态的概念 定义：指地下水的数量和质量(包括地下水位、水量、水化学成分、矿化度和水温等)随时间的变化过程 起因：地下水在不同时间内的补给与排泄不均衡所造成 影响地下水动态的天然因素 气候因素 气候对地下水动态的影响是起主导作用的因素。降水和蒸发直接影响地下水的补给和排泄，具季节性和多年变化规律 我国地下水位过程线的类型 东南地区：锯齿状多峰型(图4-1A) 中南地区：驼峰状双峰型(图4-1B) 华北地区：不对称单峰型(图4-1C) 华北地区：双峰型(图4-1D) 东北地区：舒缓状单峰型(图4-1E) 太阳黑子活动的周期变化引起地下水动态的多年周期变化。如图3—2所示为地下水径流模数q与太阳相对黑子数W变化的对比图，可以明显看出具有5～6年和11年的周期规律 水文因素 水文因素对地下水动态的影响主要是在有水力联系的地表水体周围，其中以河流的影响较大，在河水渗漏补给地下水抬升地下水位时，其影响程度随距离的增大而减弱，影响滞后时间则随距离的增大而延长。而当潜水排泄汇入河流时，潜水位的降幅以邻近河岸处为最大，且随距离河岸长度延长而减小。 湖泊和海洋对地下水动态影响较小 地质因素 火山、地震、滑坡的影响 地质构造通过影响含水层与大气的联系程度影响地下水动态 岩性颗粒大小影响动态的变幅 植被因素 森林覆盖不仅创造了水分积聚和改善降水渗入补给地下水的有利条件，而且也影响入渗补给期的长短，可增加地下水的补给量 通过植物根系可以吸取大量地下水，消耗于叶面蒸腾，因而对浅埋藏的潜水动态产生了季节性的和多年的变化影响 4.2 地下水动态类型 渗入—蒸发型动态 主要出现于干旱、半干旱的平原与山间盆地中。排泄以蒸发消耗为主，水平径流微弱。降水及地表水入渗，引起水位抬升，水质淡化，随着水位抬高，蒸发增强，使水位逐渐下降，水质逐步盐化；水位降到一定深度，蒸发变弱，水位抬升，反过来又加大蒸发，如此反复，水位便趋于稳定。具有此类动态的潜水，属于大陆盐化潜水 渗入—径流型动态 补给也来自降水或地表水的入渗，排泄则主要为水平的径流排泄。随着降水或地表水入渗，地下水位抬高，地下径流加强，径流排泄不断进行，使水位差减少，水位渐趋稳定。由于盐份随径流排走，从长期的角度看水质趋向淡化，属于溶滤潜水。此类动态广泛分布于山区及山前 渗入—蒸发、径流型动态 主要分布于湿润气候下的平原。由于地形切割弱，径流弱，湿度大，蒸发受限制，故排泄兼具径流及蒸发两者。但由于降水充沛，长期中水质趋于淡化 上述主要动态类型还可以进一步细分。例如，根据入渗条件可分为大气亚型、水文亚型，而大气亚型又可细分为雨水水型及融雪水型等 4.3 地下水均衡 地下水均衡的概念 定义：地下水均衡是以地下水为对象，某个地区在某一段时间内，地下水水量(盐量)收入与支出之间的数量关系 进行均衡计算所选定的地区称作均衡区，它最好是一个水文地质单元，有明确的边界。进行均衡计算的时间段，称作均衡期，可以是若干年，一年，也可以是一个月。某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量(或盐量)的收入大于支出，表现为地下水储量(或盐量)增加，称作正均衡；反之，支出大于收入，地下水储量(或盐量)减少，称作负均衡。 地下水收入项和支出项可参见表3-1。 4.3 地下水均衡 地下水均衡方程式 水均衡方程一般式： 收入项总量-支出项总量=蓄水量变化量 通常以水层厚度表示，单位：mm 天然条件下，对于均衡区面积F，均衡期t，潜水一般均衡方程为 f1、f2—侧向地下径流流入、流出均衡区的垂向边界面积 ? —潜水变幅带土壤的平均给水度或饱和差值； ?h —均衡期始末变幅，潜水位上升取正值，下降取负值； 其余符号见表3-1。 如无越流，且可忽略侧向地下径流时，上式变为 4.3 地下水均衡 对于多年(n年)均衡期T， ?h=0，上式又变为 对于有人工开采的情况下，需计入开采量V2，即为 对于多年开采，应保持地下水多年均衡，式中?h应取零，则有 或 4.4 人为活动对地下水动态和均衡的影响 人类活动 垦殖耕耘，平整土地，开渠引水，实施灌溉；修路挖沟，筑坝蓄水；凿井抽水，矿坑疏干等 影响方式 通过改变表层土壤水理性质产生的影响 通过改变外界补排环境产生的影响 直接改变地下水位产生的影响 地下水动态的研究方法 地下水动态观（监）测 地下水动态观测 observation of ground water regimen 是对地下水动态的定时测试和记录。其目的是查明地下水的形成条件、地下水的动态特点及求取水文地质参数，为生产设计与地下水资源计算、管理和研究提供依据。地下水动态观测有长期和短期两种。地下水动态观测网设置的范围、观测的项目与时间，根