水基8-地下水系统.ppt

第七章 地下水系统 地下水系统概念 地下水含水系统 地下水流动系统 两者的比较： 含水系统的整体性体现于它具有统一的水力联系：存在于同一含水系统中的水是统一的整体，在含水系统的任一部分加入（接受补给）或排出（排泄）水量，其影响均将波及整个含水系统； 流动系统的整体性体现于它具有统一的水流，沿着水流方向，盐量、热量与水量发生有规律的演变，呈现统一的时空有序结构； 含水系统与流动系统都具有级次性，任一含水系统或流动系统都可能包含不同级次的子系统； 流动系统以流面为边界，属于水力零通量面边界，边界是可变的；含水系统是固定的地质边界；含水系统与流动系统的边界是相互交叠的； 流动系统在人为影响下会发生很大变化； 控制含水系统发育的，主要是地质结构（沉积、构造、地质发展史），而控制地下水流动系统发育的，主要是水势场（地形、水文、气候等）。 松散沉积物构成的含水系统 （a） 发育于近代构造沉降的堆积盆地中，其边界通常为不透水的坚硬基岩； 含水系统内往往由若干含水层和不完全隔水的粘土和亚粘土构成。含水层之间的水力联系通常为“天窗式” 和“越流式”； 同一含水系统中，各部分的水力联系程度有所不同。 基岩构成的含水系统 （b,c,d,e） 发育于一定的地质构造中，褶皱、断层； 固结良好的基岩往往包含有厚而稳定的泥质岩层，构成隔水层。 两点解释 由隔水层或相对隔水层圈闭，并不是说它的全部边界都是隔水或相对隔水。 它可以全部隔水封闭（e）， 但也可以部分边界开放，这种开放不仅在于表面（a），而且也在于地下（c）。 一个含水系统往往由若干含水层和隔水层（弱透水层）组成； 但少数情况下（b,e），一个单独的含水层也可构成一个含水系统； 另外，同一个含水层由于构造原因也可以构成一个以上的含水系统（b,c）。 第3节 地下水流动系统 地下水流动系统的实质 是以地下水流网为工具，以水势场及水质场为分析基础，将渗流场、化学场与温度场统一于新的地下水流动系统概念框架之中。 将本来似乎互不关联的地下水各方面的表现联系在一起，纳入一个易于被人们所理解的地下水空间与时间连续演变的有序结构之中，有助于人们从整体上把握地下水各个部分之间以及它与环境之间联系的完整图景。 水文地质分析框架 分析介质场（取决于地层、构造、第四纪地质等因素）； 分析势场（取决于地形、水文、气候诸因素）； 分析该区的渗流场（地下水流动系统）建立概念模型； 根据流场、水化学场与水温度场之间的密切内在联系，我们可以有意识地去获取地下水水化学与水温度资料，以进一步确证我们的认识。 1963年托特（J.Toth）发展了郝伯特理论。他发现：在均质各向同性潜水盆地中出现三个不同级次的流动系统：局部的、中间的和区域的。 随后的R.A.Freeze和P.A.Witherspoon利用数值解得到层状非均质介质中地下水流动系统 。 1980年托特（J.Toth）提出“重力穿层流动”的概念，将流动系统理论全面推广到非均质介质场，并将其应用于分析油气的迁移与积聚。 1986年英格伦（G.B.Engelen）建立了一套着重于解决水文地质问题的地下水流动系统概念与方法。 地下水流动系统的水动力特征 取决于驱动水运动的重力势能（托特称之为地形势）； 在静止水体中，各处的水头相等。 而在地下水流动系统中，势源处流线下降，沿着流线方向，越来越多的机械能消耗于粘滞性摩擦，在垂直剖面上自上而下水头越来越低，任一点的水头均小于静水压力。 在势汇处，流线向上，垂向上水头自下而上由高而低，任一点的水头均大于静水压力。 在中间地带，流线水平，垂向断面各点 水头均相等，并正好等于静水压力。（解释潜水“承压”） 地下水流动系统的水化学特征 地下水水质是随着流动过程而不断变化的。 在地下水流动系统中，任一点的水质取决于下列因素： （a）输入水质 （b）流程 （c）流速 （d）流程上遇到的物质及其可迁移性 （e）流程上经受的各种水化学作用 地下水化学成分主要来自流动过程中对流经岩土的溶滤。 在其他条件相同时，地下水在岩层中滞留的时间越长，从周围岩土中溶滤获得的组分便越多。 局部流动系统的水，流程短，流速快，地下水化学成分相应比较简单，矿化度较低； 区域流动系统的水，流程长，流速慢，接触的岩层多，成分复杂，矿化度也高。 但在补给区矿