第九章地下水的动态与均衡

第九章影响地下水异常变化的干扰因素及其排除方法目前，人们在利用地下水异常变化预报地震方面还没有充分的把握，原因之一就是不能有效地排除各种干扰因素，往往把干扰引起的异常现象误认为地震前兆，或由于干扰的掩盖而发现不了真正的震兆。

因此，排除干扰，识别异常，是目前利用地下水预测预报地震中的一项重要课题。

第一节影响地下水位异常变化的干扰因素一、人为用水居民点附近的观测井，常因人们的生活用水而受到干扰，例如，生产大队和公社驻地，在开会期间或节、假日时，用水量激增，往往造成井水水位剧降，甚至井干见底的现象。

居民点外的观测井，主要是工矿用水或灌溉用水的干扰。

例如有些工厂和矿山为了生产和施工的需要，大量抽取地下水，这时可造成附近井水水位陡降。

大量抽取地下水进行灌溉也可引起类似的情况出现。

在地下水位动态下降期，用水干扰不易识别，有时表现为大幅度下降的特点，但非全区性。

在地下水动态上升期或其它干扰为上升性质时，人为用水可引起单井或一小片范围内的井水水位下降。

对于人为用水干扰，需进行认真调查核实用水情况，予以排除。

此外，水位观测应在用水之前进行，以免干扰。

二、地表水与农灌水地表水主要指河流、渠道水，其影响特点是沿河渠两侧呈长条形规整变化。

井、泉水和河渠可依地形及气候的变化而互相补给，因此易于识别。

例如，在江河水位高于两岸的地区，由于河水补给，靠近河岸两侧的井水水位随河水水位的涨落而变化，有时甚至在河岸附近的低洼地带，可能出现喷水冒沙现象，黄河和淮河的下游地区，经常会遇到这类现象。

农田灌溉水渗入地下（尤其是渠灌），可引起地下水水位上升。

丘陵或山区的水井往往修建在沟、塘及水田旁，因此受地表水影响较大。

此外，随着农业学大寨运动的普遍开展，各地兴修了大量的水利工程，有些新挖的河渠中往往残存了一些用来标志挖方的土埂或土柱，因此当上游库、坝开闸放水时，在这些地段易引起水位陡涨现象，甚至出现打旋、涌起水浪等。

只要我们注意调查周围情况，就不难去伪存真，排除假象。

地下水动态均衡研究方法来源:地大热能2015-07-24地下水动态长期以，观测网的布置：动态观测网分区域性基本观测网和专门性观测网两种。

1、选择不同气候带中有代表性的各种水文地质单元，设置由泉、井、孔等观测点组成的观测肉。

2、以主干观测线控制各单元中的主要动态类型，按当地水文地质变化最大的方向布置观测线。

对次要的、有差异性的地段和特殊变化点上设辅助性观测点。

也常布置垂直地表水体的观测线。

3、观测肉应与均衡研究结合起来。

主要技术要求常用的观测点为钻孔和泉。

此外还有其它地下水、地表水或气象要素等的观测点。

观测孔结构取决于含水层性质、观测层数和内容。

如松散层应下过滤器，一孔观测多层则在求分层止水，孔径应保证能定置进各层测水位管。

孔深应保证观测到最低水位。

选泉点应考虑测流方便，并能安设测流装置。

有时还应建防污设施。

所有观测点应有水文地质特征、观测和利用等历史资料。

经常的观测项目有地下水水位，泉、自溢孔和生产井的流量，水温及水化学成分等。

必要时还需观测地表水及气象要素等。

观测频度取决于观测内容及要素变化快慢。

通常，水位、水温、流量每5日观测1次。

地表河和地下河流洪峰时期，可加密至每日两次。

同一水文地抩单元力求对和点同时观测，否则应在季节代表性日期内统一观测。

如区域过大，观测频度高，可免于统一观测。

地下水动态与均衡的研究来源:地大热能2015-07-24动态均衡研究还可以用来（1）确定含水层参数、补给强度、越流因素、边界性质及水力联系等；（2）评价地下水资源，尤其是对大区域和一些岩溶地区的水资源评价主要是用水均衡法；（3）预报水源地的水位、调整开采方案和管理制度，拟定新水源地的管理措施及对措施未来效果的评价；（4）土壤次生盐渍化及沼泽化，矿坑涌水水源及突水，水库廻水的浸没，地下水污染进行监测与预测，以及相应防治措施的拟定和效果评价；（5）预报地震。

影响地下水动态的因素地下水动态要以定义为地下水各要素随时间变化的规律。

《水文地质学基础》复习要点第一章地球上的水及其循环1、水文循环的定义：大气水、地表水、地壳岩石空隙中地下水之间的水分交换。

2 、水文循环的分类:错误!、按循环路径不同：大循环（海－陆）与小循环（海-海、陆-陆）错误!、按时空尺度不同:全球水文循环,流域水文循环、水-土-生系统水文循环3 、水文循环的运动规律海洋的蒸发量大于降水量陆地的降水量大于蒸发量大陆输入水汽量与输出水汽量基本平衡4、影响水文循环的气象因素主要包括:气温、气压、湿度、蒸发、降水绝对湿度（m或e）：某一时刻空气中的水汽含量g/m3相对湿度（r）：空气中水汽含量的饱和程度；r=(e/E）×100％或r=（m/M)×100%降水量(x):一定时间内，降落在平地上的降水所集成的水层厚度，(mm)；降水强度:每分钟内的降水量，暴雨＞0。

5mm/分；径流：指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。

第二章岩石中的空隙和水空隙:岩、土中各种类型孔隙的总称。

孔隙：颗粒及颗粒集合体之间的空隙.裂隙：岩石在各种应力作用下破裂变形产生的空隙。

溶穴:可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空隙.有溶孔、溶隙、溶洞等三种主要类型的含水介质比较：1、连通性—孔隙介质最好，其它较差2、空间分布—孔隙介质分布均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊3 、孔隙比率—孔隙介质最大,裂隙最小4 、空隙渗透性-孔隙介质，各向同性；裂隙与溶穴，各向异性。

造成空隙介质上述差异的主要原因是沉积物形成和空隙形成的环境岩石中水的存在形式如下：第三章 地下水的赋存广义地下水：地表以下岩石空隙中的水（包气带、饱水带中的水)。

狭义地下水:地表以下饱水带岩层空隙中的水－重力水.地下水按综合特征分类分类依据：●埋藏条件(赋存部位)● 含水介质的类型（赋存空间） 分类类型：埋藏条件分三类，含水介质分三类，共九类.如下表1、潜水：饱水带中第一个具有自由表面且有一定规模的含水层中的重力水. 潜水等水位线图的作用:确定潜水的流向（即高水位—--低水位）；地壳岩 石中水结构水岩石空隙中水结晶水 沸石水岩石骨架中水结合水液态水 固态水 气态水重力水 毛细水(矿物表面结合水)强结合水 弱结合水● 判断地表水与潜水的补给关系(绘制河流附近潜水等水位线图）; ● 确定潜水的埋藏深度（某点地面标高－潜水位 ）;● 确定引水工程位置 (取水井应布置在地下水流汇集地方，截水沟布置在垂直流向方向） ； ● 推断含水层岩性和厚度变化（透水性越弱，等水位线越密;含水层厚度越大，等水位线越疏)； ● 确定泉水出漏点和沼泽化的范围（出现在潜水位和地形等高线相等处）● 确定水力坡度 2、承压水：充满于两个隔水层之间的含水层中的水.等水压线图：某一承压含水层测压水位相等的各点的连线构成的图. 等水压线图的作用❖ 确定承压水的流向（即高水位à低水位) ❖ 确定水力坡度（水头差比水流距离） ❖ 定性判断含水层的厚度与渗透性的变化❖ 确定潜水与承压水的相互关系(与潜水等水位线绘在一张图上判断）贮水系数：承压含水层测压水位下降一个单位深度，单位水平面积含水层释出水的体积。

第九章地下水的动态与均衡第一节地下水动态与均衡的概念地下水动态的概念：含水层（含水系统）在与外界环境相互作用过程中，含 水层（含水系统）地下水各要素（如地下水位、水量、水化学成份、水温等）随 时间的变化状况，称为地下水动态。

地下水均衡的概念：某时段某地段地下水物质、能量的收支状况称为地下水 均衡。

第二节地下水动态一、地下水动态的形成机制含水层（含水系统）地下水各要素（如地下水位、水量、水化学成份、水温 等）之所以随时间发生变化，是含水层（含水系统）中物质、能量收支不平衡的 综合表现。

因此，地下水动态是含水层（含水系统）对外部环境施加的激励所产生的响 应，也可理解为含水层（含水系统）将输入信息变换后产生的输出信息。

下面以降雨（图9-1 ）为例说明地下水动态的形成机制：动态变化：降水 f 补给地下水系统 f 水位上升脉冲式激励波状响应图9— 1输入与输出的对应关系a —时间滞后；b —时间延迟地下水动态（对外界响应）特点：在时间上表现为滞后和延迟（图 9-1 ）， 以及叠加。

叠加现象：是指外界多次激励（或输入）时，引起系统响应（或输出）的变 化是多次激励响应的累加结果（图 9-2 ）。

A图9-2说明，地下水水位对外界输入（降水）响应的信息传输的迭合特点，称为叠加现象。

WHY*M«mFh图9-2信息传输中的迭合地下水动态描述：地下水某要素随时间的变化（动态）程度可用稳定性来恒量：动态稳定，是指变化幅度小；动态不稳定，是指变化幅度大。

二、地下水动态的影响因素影响地下水动态（稳定性）的因素主要有三类：（1）是外部环境对含水层（含水系统）的信息输入：如降水、地表水的补给---气象（气候）因素、水文因素；（2）是变换输入信息的含水系统的结构，主要涉及赋存地下水的地质环境条件，地质因素。

（3）人为因素，包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等等。

（一）气象（气候）因素气象（气候）是对地下水动态影响最为普遍的因素。

第九章地下水允许开采量的计算方法计算地下水允许开采量是地下水资源评价的核心问题。

计算地下水允许开采量的方法，也称为地下水资源评价的方法。

地下水允许开采量的大小，主要取决于补给量。

局域地下水资源评价还与开采的经济技术条件及开采方案有关。

有时为了确定含水层系统的调节能力，还需计算储存量。

目前地下水允许开采量的计算方法有几十种，国内大部分学者尝试对众多计算方法进行分类，有些学者依据计算方法的主要理论基础、所需资料及适用条件，进行了如表9.1的分类，以供参考。

在实际工作中，可依据计算区的水文地质条件、已有资料的详细程度、计算结果的精度要求等，选择一种或几种方法进行计算，以相互验证及优选。

本章着重介绍几种主要的计算方法。

第一节水量均衡法水量均衡法是全面研究计算区（均衡区）在一定时间段（均衡期）内地下水补给量、储存量和排泄量之间数量转化关系的方法。

通过均衡计算，得到地下水允许开采量。

水量均衡法是水量计算中最常用、最基本的方法。

该方法还常用于验证其他计算方法计算的准确性。

一、基本原理一个均衡区内的含水层系统，在任一时间段（△t）内的补给量与排泄量之差恒等于含水层系统中水体积的变化量，即承压水潜水排补*=∆∆⋅⋅±=-μμ,,S th F S Q Q (9.1)式中：Q 补——含水层系统获得的各种补给量之和（m 3/a 或 m 3／d ）；Q 排——含水层系统通过各种途径的排泄量之和（m 3/a 或m 3／d ）；μ，μ*——重力给水度和弹性释水系数；△h ——△t 时段内均衡区平均水位（头）变化值（m ）；F ——均衡区含水层的分布面积（m 2）。

由式(1.5）对允许开采量的分析可知，若要保持均衡区内的地下水资源可持续开采，则地下水允许开采量为排补充Q Q Q ∆+∆=在实际工作中，应分析确定均衡区内的各个均衡项目，计算出均衡区内截取的各种排泄量和合理夺取的开采补给量，二者之和为该均衡区的地下水允许开采量。

东北大学继续教育学院水文地质学基础试卷（作业考核线上） B 卷学习中心：院校学号：姓名（共页）．选择题：请将您选择的答案填入上面的表格（每题1分，共10分）1．下面对孔隙大小描述正确的是：DA) 孔隙大小主要对地下水的储容影响很大。

B) 孔隙大小主要对地下水的流动影响大，它取决于孔隙通道最宽大的部分—孔腹。

C) 孔隙大小主要对地下水的流动影响大，它取决于孔隙通道最细小的部分—孔喉。

D) 孔隙大小的影响因素就是由颗粒大小决定的。

2．描述含水层、隔水层与弱透水层错误的是：A) 含水层、隔水层与弱透水层都含水。

B) 含水层、隔水层与弱透水层是根据透水能力来划分的。

C) 弱透水层是渗透性相当差的岩层。

D) 粘土层一定是隔水层。

3. 下面对水力梯度的描述错误的是：A) 水力梯度可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。

B) 水力梯度为沿渗透途径的水头损失值。

C) 水力梯度可以理解为驱动力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量。

D）水力梯度就是地下水在渗透过程中，不断克服阻力而消耗的机械能。

4. 下面哪类物质不是地下水中C1－的来源：A) 沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解。

B) 大气降水。

C) 来自岩浆岩中含氯矿物。

D) 来自火山喷发物的溶滤。

5. 关于地下水补给入渗方式正确的描述是：A)在粘性土中都是捷径式下渗。

B) 地下水补给入渗方式要么是活塞式下渗，要么是捷径式下渗。

C)活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是“老”水先到达含水层；捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层；D)对于捷径式下渗，入渗水必须先补充包气带水分亏缺，然后才可下渗补给含水层。

6. 关于地下水流动系统的正确表述是：A)地下水流动系统中都是平面二维流。

B)地下水流动系统中的径流方向基本一致。

C)地下水流动系统中可以发育多个层次不同的径流系统。

D)地下水流动系统中的水化学特征一般不随地下水流动系统的水力特征变化而变化。

第十章地下水动态与均衡地下水动态：groundwater regime地下水均衡：groundwater balance (budget)10．1 地下水动态与均衡的概念地下水动态––––地下水各种要素(水位、水量、化学组分、气体成分、温度、微生物等)随时间的变化，称为地下水动态地下水均衡––––某一时段、某一范围内地下水水量(盐量、热量等)的收支状况，称为地下水均衡。

地下水动态与均衡的关系是：地下水动态是地下水均衡的外在表现，地下水均衡是地下水动态的内在原因。

地下水动态的研究包括：影响因素、类型及成果分析。

地下水均衡的研究包括：均衡区和均衡期的确定，均衡方程式的确定，各收支项的求取，均衡计算结果的校核与分析。

地下水要素之所以随时间发生变动，是含水层（含水系统）水量、盐量、热量、能量收支不平衡的结果。

例如，当含水层的补给水量大于其排泄水量时，储存水量增加，地下水位上升；反之，当补给量小于排泄量时，储存水量减少，水位下降。

研究目的意义：地下水动态监测及成果分析，可以解决一系列理论与实际问题：①检验并完善前期水文地质研究结论；②查明地下水资源数量、质量及其变化；③为数学模拟提供依据；④为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提供依据；⑤检验实施中的利用、防治方案及措施的合理性。

地下水均衡研究，可以为拟定合理的地下水利用、防治方案及措施提供定量依据，检验并完善利用、防治方案及措施。

目前：研究较多的是水位动态，水量均衡。

10．2 地下水动态的影响因素1．影响地下水动态的因素地下水动态的本源因素是随时间变动的因素，包括：气象(气候)因素、水文因素、生物因素、地质营力因素、天文因素等。

1）气象因素：①降水→含水层水量增加→水位抬升→水质变淡；②蒸发→潜水含水层水量减少→水位降低→水质变咸；③气象因素具有季节性的变化，地下水动态也具有季节性变化；④气候还存在多年的周期性变动，如周期为11年的太阳黑子影响丰水年与枯水年从而使地下水位呈现多年周期性变化。

地下水的动态与均衡地下水是地球上重要的淡水资源之一，它分布在地下岩层中，对于维持陆地生态系统和人类的生存具有重要意义。

在地下水系统中，存在着动态的水文过程，同时也存在着一种动态的均衡状态。

本文将探讨地下水的动态与均衡状态，并分析其对环境和人类生活的影响。

地下水的循环过程地下水是地表径流、蒸发和降水等各种自然水文环境过程的结果。

地下水的形成往往是长期积累形成的，其循环过程包括补给、补给量消减、供水、水质变化和再补给等多个环节。

在这个过程中，地下水与地表水、土壤等水文过程相互作用，形成一个复杂的水文循环系统。

地下水补给一般来自于大气降水和地表径流的渗漏，这些水通过渗透、入渗等作用进入地下层岩石裂隙或者孔隙中，成为地下水资源。

地下水的补给量受到降水总量、土壤组分和植被覆盖情况等多种因素影响。

在地下水系统中，地下水的流动速度、方向和水质都受到这些因素的影响，因此地下水补给是地下水循环过程的关键环节之一。

地下水的动态变化地下水的动态变化受多种因素影响，包括季节变化、地质构造、水文气象条件以及人类活动等。

季节变化是地下水动态变化中较为明显的因素之一，地下水在不同季节时的补给量、水位和水质都会发生变化。

在干旱季节，地下水补给量会减少，导致地下水位下降；而在雨季，地下水补给量会增加，地下水位会上升。

地质构造是地下水变化的另一个重要因素，不同地质构造下的地下水补给、流动速度和水质特点都有所不同。

例如，在孔隙岩层中，地下水的储存量较大，补给量较稳定；而在裂隙岩层中，地下水的流动速度较快，水质变化较为显著。

水文气象条件也是地下水动态变化的重要影响因素，降水量、气温、风速等气候因素会直接影响地下水的补给量和质量。

气候变化和极端天气事件对地下水系统的影响日益凸显，可能导致地下水资源的不稳定和质量的下降。

地下水的均衡状态地下水系统在长期演化中会趋于一种动态均衡状态，地下水的补给量、消减量、流动速度和水质会在某种特定的平衡状态下保持稳定。

《水文地质学基础》教学大纲一、大纲说明1．课程性质和地位《水文地质学基础》是水文与水资源工程和地质工程专业必修的重要专业基础课。

该课程的基本知识也是与地下水有关专业的选修内容。

通过本课程的教学，使学生系统地获得水文地质学的基本知识和地下水的形成、分布、运移的基本理论；初步掌握运用所学知识对与地下水有关问题进行水文地质分析的基本方法和技能。

2．教学目的和要求本课程在公共基础课与地质基础课的基础上进行教学。

它既作为一门专业基础课阐述其本身的理论，又为后继课程《地下水动力学》、《水文地球化学》、《岩土工程勘察》、《专门水文地质学》及《工程地质学》等专业课的教学准备必要的基础知识。

通过本课程的教学，使学生重点掌握以下几方面的知识：了解课程的性质、任务、研究对象以及在所学专业的地位，对水文地质学有一个整体的认识。

★ 重点掌握水文地质学的基本概念，基本原理和基本研究方法★ 掌握地下水的形成、分布、运移特征和规律，学会运用水文地质学原理，科学分析和解决相关水文地质问题的思维方法。

★ 掌握简单的水文地质专业作业方法。

二、主要教学环节安排课程的主要内容应以地下水的形成、赋存、分布和运移规律及各类地下水的特征为中心进行选材，并注意与本专业其它课程的配合与衔接。

教学内容共分十五章，一至九章阐述地下水形成的理论和有关概念，为本课程的基本理论部分。

十至十二章进一步阐述各类地下水的埋藏、分布、交替循环等特征，是前一部分理论的应用和深化。

十三、十四章介绍地下水的资源特征及其供水意义，并介绍人类开发利用地下水资源过程中出现的某些环境问题。

十五章介绍地下水研究的基本内容和方法。

课程总学时为72，其中讲授50学时，课程实习12学时，综合课程设计（实习）10学时。

在大纲基本内容和总学时不变的前提下，部分教学内容、体系和课时分配，可根据本学科的发展和具体条件以及专业所需，适当灵活掌握。

学时分配见下表。

课程教学学时分配表三、选用教材及教学参考书目1．课程教材《水文地质学基础》王大纯张人权等编著地质出版社 1995年6月2．主要参考书《水文地质学》李正根等编著《工程地质与水文地质》王家鼎惠泱河编著陕西人民出版社1997年《水文地质学概论》区永和等中国地质大学出版社，1998.《水文地质学》，于开宁等，石家庄经济学院，1998.四、课程内容体系绪言教学目的与要求通过绪言的学习，使学生掌握水文地质学的概念、研究对象及研究内容；了解水文地质学在国民经济建设中的作用及水文地质学的发展概况。

水文地质基础名词解释（3）水文地质基础名词解释112．接触带泉：岩浆或侵入体与围岩的接触带，常因冷凝收缩而产生隙缝，地下水沿此类接触带上升形成的泉。

113．地下水的泄流：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水泄流。

114．蒸腾：植物生长过程中,经由根系吸收水分,在叶面转化成气态水而蒸发,称蒸腾。

115．系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体。

116．激励：环境对系统的作用称激励。

117．响应：系统在接受激励后对环境的反作用称响应。

118．地下水含水系统：指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。

119．地下水流动系统：指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。

120．地下水动态：在于环境相互作用下，含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温）随时间的变化。

121．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。

122．均衡区：进行均衡计算所选定的区域。

123．均衡期：进行均衡计算的时间段。

124．正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的收入大于支出，表现为地下水储存量（或盐储量、热储量）增加。

125．负均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的支出大于收入，表现为地下水的储存量（或盐储量、热储量）减少。

126．孔隙水：赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙之中的地下水。

127．裂隙水：赋存并运移于裂隙基岩中的地下水。

128．成岩裂隙水：赋存并运移于成岩裂隙中的地下水。

129．风化裂隙水：赋存并运移于风化裂隙中的地下水。

130．构造裂隙水：赋存并运移于构造裂隙中的地下水。

131．等效多孔介质方法：用连续的多孔介质的理论来研究非连续介质中的问题。

132．岩溶：水对可溶岩进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象称为岩溶。