地下水的动态与均衡PPT(30张)

§激励—脉冲式的降水 §响应—波状信号的信息
同一时刻的降雨，在包气带中通过大小不同的空隙 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 以后，降水的影响便告结束。这样，与一个降水脉 冲相对应，作为响应的地下水位的抬升便表现为一 个波形。
9.1 地下水的动态
含水层（含水系统）经常与环境发生物质、 能量与信息的交换，时刻处于变化之中—— 与时间有关
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。
9.1.1 地下水动态的形成机制
下面以降雨（图9-1）为例说明地下水动态的形成机制： 降水——补给地下水系统——水位上升(出现变化）
在开采条件下，含水系统内部及其与外界之间的水 量转换，将发生一系列变化（自学）。
9.2.3 人类活动影响下的地下水均衡
研究人类活动影响下的地下水均衡，可以帮助我们 定量评价人类活动对地下水动态的影响，预测其水 量水质变化趋势，并据此提出调控地下水动态使之 朝向对人类有利的方向发展的措施。
某灌区潜水均衡方程式为：
若停止采水使测压水位恢复，砂砾层可以基本上回弹到初始 状态（弹性给水度恢复到初始值），但是粘性土层由于是塑 性压密，水位恢复后，基本仍保持已有的压密状态（贮水系 数保持压密后的值）。
因此，孔隙承压含水系统开采后再使水位复原，并不意味着 储存水量全部恢复。由于粘性土压密释水量往往可占开采水 量的百分之几十，因此，忽略粘性土永久性释水就会造成相 当大的误差。
f 1 、f 2 ——分别为灌渠水及田面灌水入渗补给潜水的水量； Q t——下伏承压含水层越流补给潜水的水量； Q r——通过排水沟排走的潜水水量；
以一个水文年为均衡期，经观测计算，求得均衡方 程式各项数值（单位为mm 水柱）:
据此得出以下结论：
（1）潜水表现为正均衡，一年中潜水位上升 620mm，增加潜水储存量31mm（μ ＝0．05）。 长此以往，潜水蒸发量将不断增加，会产生土壤盐 渍化。
本章小节
地下水动态主要是含水系统水量（盐量、热 量等）收支平衡状况的综合表现。
影响地下水动态的因素有：气象、水文、地 质条件和人类活动。
地下水均衡计算，应从系统角度遵循质量恒 定律来分析。
地下水量均衡方程式的一般表达式为： 收入项—支出项=系统储存量的变化
（2）破坏原有地下水均衡，导致潜水位抬升的主 要因素是灌溉水入渗，其中灌渠水入渗量占水量总 收入的70％，田面入渗水量占21％。
（3）现有排水设施的排水能力（年排水量为20mm） 太低，不能有效地防止潜水位抬升。
（4）为防止土壤次生盐渍化，必须采取以下措施： 或减少灌水入渗（衬砌渠道、控制灌水量），或加 大排水能力，或两者兼施，以消除每年31mm 的潜 水储存量增加值。
9.2.4 地面沉降与地下水均衡
在对开采条件下的孔隙承压含水系统进行地下水均衡计算时， 如果不将地面沉降考虑进去，就会出现误差〔王大纯等， 1981〕〔曹文炳，1983〕。
开采孔隙承压水时，孔隙水压力降低,有效应力增大，砂砾层 及粘性土层都将压密释水，砂砾层的弹性给水度与粘性土的 贮水系数都将变小。
地下水水位对外界输入（降水）响应的特点：
（1）滞后和延迟现ຫໍສະໝຸດ ；（2）有叠加现象 当相邻的两次或更多次降雨接近，各次降雨引起的 地下水抬升的波形便会相互迭合。当各个波峰某种 程度迭加时，会迭合成更高的波峰，地下水位会出 现一个峰值。然而，实际情况下往往多是各个波形 的波峰与波谷迭合，削峰填谷，构成平缓的复合波 形。
如果简单地将含水系统各部分均衡式中水量收入项 累加，则显然比整个系统的水量收入项多了W2及 Qt两项。分别求算的结果比统一求算偏大。
W 2、Q t都属于堆积平原含水系统内部发生的水量 转换，而不是含水系统与外部之间发生的水量转换。
进行大区域水均衡研究时，必须仔细查清上下游， 潜水和承压水，地表水与地下水之间的水量转换关 系，否则将导致水量重复计算，人为地夸大可开采 利用的水量。
9.3.5 区域地下水均衡
从供水角度发出，可供长期开采利用的水 量，便是含水系统从外界获得的多年平均年 补给量。
对于大的含水系统，除了统一求算补给 量外，有时往往还需要分别求算含水系统各 部分的补给量。此时应注意避免上、下游之 间，潜水、承压水之间，以及地表水与地下 水之间水量的重复计算。
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。
地下水均衡——某一地段内地下水水量（盐 量、热量、能量）的收支状况。
地下水动态与均衡的分析，可以帮助我们查清地下水的补给 与排泄，阐明其资源条件，确定含水层之间以及含水层与地 表水体的关系。
动态与平衡是一个广义的概念，各领域都存在收支问题，本 章着重研究方法和理论、以及应用。
第九章 地下水动态与均衡
Groundwater Regime and Balance
本章内容
地下水动态与均衡的概念 9.1 地下水的动态 9.2 地下水的均衡
地下水动态与均衡的概念
地下水动态——在与环境相互作用下，含水 层各要素（如水位、水量、水化学成分、水 温等）随时间的变化。
因外界激励（或输入）而引起的系统响应（或输出） 的变化幅度是含水系统内部结构作用的结果:
§某要素（水位）随时间的变化程度用稳定性来恒 量
§动态稳定——变化幅度小
§动态不稳定——变化幅度大
9 .1 .2 影响地下水动态的因素
如果我们把地下水动态看作是含水层（含水系 统）连续的信息输出，就可将影响地下水动态的因 素分为两类: 一类是环境对含水层（含水系统）的信息输入，如 降水、地表水对地下水的补给，人工开采或补给地 下水，地应力对地下水的影响等； 另一类则是变换输入信息的因素，主要涉及赋存地 下水的地质地形条件。