水文地质学基础第八章.pptVIP

坚硬基岩含水系统的特征 发育于一定的地质构造之中，褶皱或断层，或两者兼有之。 基岩往往包含有厚而稳定的泥质岩层，构成隔水层。 a.一个独立的含水层就构成一个含水系统(图b)。 b.岩相变化导致隔水层尖灭(图c)，或导水断层使若干含水层发生联系时(图d)，则数个含水层构成一个含水系统。 这种情况下，含水系统各部分的水力联系是不同的。另一方面，同一个含水层由于构造原因也可构成一个以上的含水系统(图b、c)。 含水系统是由隔水或相对隔水岩层圈闭的，并不是说它的全部边界都是隔水或相对隔水的。除了极少数构造封闭的含水系统(图e)外，通常含水系统总有某些向环境开放的边界，以接受补给与进行排泄。 例如：不同地质结构的含水系统以透水边界邻接是常见的。虽然这时相邻含水系统之间水力联系相当密切，但因两者水的赋存与运动规律不同，仍有必要区分为不同的含水系统 (图中a、c)。 8.4 地下水流动系统 一、地下水流动系统的由来 长期以来,水文地质学忽视地下水的垂向运动,把地下水流动看作平面二维的运动。如河间地块流网。 第一个明确指出地下水存在垂直运动的是赫伯特。如图一：河间地块流网图 赫伯特指出：排泄区的流线指向地下水面，为上升水流；补给区的流线离开地下水面，呈下降水流；只有在两者之间的过渡带流线才是水平的。 地下水流动看作平面二维的运动 地下水存在垂直运动 传统的画法（平面二维）：回避了地下分水岭两侧流线向对立方向水平流动的矛盾而只表示了河间地块的一侧；同时，为了避免流线在排泄区上抬，有意使河谷谷底切穿隔水底板，且保持较高的河水位。 实际上地下水总是由源到汇运动的，而源汇通常在含水层的上方，源汇处地下水流线垂向分布是合理的。 1963年，托特以独特的形式发展了赫伯特的理论： 在严格的假定条件下，利用解析解绘制了均质各向同性潜水盆地中理论的地下水流动系统。 新的结论： 在均质各向同性潜水盆地中出现了三个不同级次的流动系统，局部的、中间的、区域的。 弗里泽及威瑟斯庞利用数值解得出了层状非均质介质中的地下水流动系。 目前已出现了许多数值模拟地下水流动的程序,可以模拟二维、三维各向异性非均质介质的稳定与非稳定流动。 1980年,托特又提出了“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,并应用于分析油气的迁移与积聚。 英格伦：分析了形成地下水流动系统的物理机制，建立了一套解决水质问题的地下水流动系统的概念与方法。 与传统的水文地质分析方法相比较： 地下水流动系统的分析方法更为程序化，更为周密，从定性分析到定量模拟联系比较密切。故以地下水系统理论为基本框架，融合传统水文地质分析方法，发展形成现代水文地质学。 二、地下水流动系统 地下水流动系统理论的实质： 是以地下水流网为工具，以势场及介质场的分析为基础，将渗流场、化学场、温度场统一于新的地下水流动系统概念框架之中。 地下水流动系统理论的作用：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，有助于从整体上把握地下水各个部分间及与环境间联系的完整图景。 1.地下水流动系统的水动力特征 驱动地下水运动的主要能量——重力势能； 重力势能来源于地下水的补给，即大气降水、地表水转化成地下水时，便将相应的重力势能加诸于地下水。 地面入渗条件相同时，不同地形部位重力势能的积累仍有不同： 地形低洼处地下水面达到或接近地表，地下水位的抬升增加地下水排泄（转化为大气水与地表水），阻止地下水位不断抬升。故地形低洼处通常是低势区——势汇； 地形高处，地下水位持续抬升，重力势能积累，构成势源。 因此，通常情况下地形控制着重力势能的分布。 流动水体中的水头特征： 在静止的水体中,各处的水头相等。 在流动的水体中，势源处流线下降，在垂直断面上自上而下水头愈来愈低，任一点的水头均小于静水压力。反之,在势汇处,流线上升,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，流线呈水平延伸，垂直断面各点水头均相等，等于静水压力。 传统观点认为：只有承压水才具有超过静水压力的水头,故只有在承压含水系统中,在一定的构造控制下才能打出自流井(图10a）。 上面的讨论可知：潜水,在其上升水流部分同样是“承压”的,水头可以高出静力压力,若有合适的地形条件,同样可形成自流井(图l0b)。 潜水盆地中多级次地下水流动系统： 存在a、b、c三个势的源汇。由于高度上abc,因此a是源,b、c是汇,存在ab、ac两个流动系统。 产生bc流动系统的一个必要条件——在bc的流动途径上,ab、