第七章地下水的补给与排泄
一、名词解释
1．地下水补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
2．地下水排泄：含水层或含水系统失去水量的过程。
3．泉：地下水的天然露头。
4．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。二、填空
1．地下水补给的研究包括补给来源、补给条件与补给量。
2．地下水的天然补给来源有大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统的水。3．与人类活动有关的地下水主要补给源有灌溉回归水、水库渗漏水、以及专门性的人工补给。
4．落到地面的降水，归根结底的三个去向是转化为地表径流、腾发返回大气圈和下渗补给含水层。
5．影响大气降水补给地下水的因素主要有年降水总量、降水特征、包气带岩性和厚度、地形和植物。
6．研究含水层的排泄包括排泄去路、排泄条件与排泄量等。
7．地下水的天然排泄方式有泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层的排泄。8．根据补给泉的含水层性质，可将泉分为上升泉及下降泉两大类。
9．根据泉的成因，下降泉可分为侵蚀（下降）泉、接触泉与溢流泉。
10．上升泉按其成因可分为侵蚀（上升）泉、断层泉与接触带泉。
11．影响潜水蒸发的因素是气候、潜水埋深、包气带岩性及地下水流动系统的规模。12．将补给、排泄结合起来，我们可以将地下水循环划分为渗入-径流型和渗入-蒸发型两大类。
三、判断题
1．补给、排泄与径流决定着地下水水量水质在空间与时间上的分布。（√）
2．活塞式下渗始终是"老"水先到含水层。（√）
3．捷径式下渗始终是"老"水先到含水层。（×）
4．降水补给地下水的量与降水强度没有关系，只与降水量的大小有关。（×）
5．河水补给地下水时，补给量的大小与透水河床的长度与浸水周界的乘积、河床透水性成正比。（√）
6．当河水与地下水有水力联系时，河水补给地下水的量与河水位与地下水位的高差呈反比。（×）
7．利用天然潜水位变幅确定入渗系数，一般要求研究区地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱、不受开采影响。（√）
8．相邻含水层之间水头差愈大、弱透水层厚度愈小、垂向透水性愈好，则单位面积越流量便愈大。（√）
9．昼夜温差越大，产生的凝结水量越大。（√）
10．判断泉是上升泉还是下降泉，只根据泉口的水是否冒涌来判断即可，不必考虑含水层是潜水含水层还是承压含水层。（×）
11．气候俞干燥，相对湿度越小，潜水蒸发便愈强烈。（√）
12．砂最大毛细上升高度太小，而亚粘土与粘土的毛细上升速度又太低，均不利于潜水蒸发。粉质亚砂土组成的包气带，最有利于潜水蒸发。（√）
13．地下水的泄流是地下水沿河流呈带状排泄。（√）
14．地下水以径流排泄为主时，其含盐量较低，以蒸发排泄为主时，其含盐量较高。（√）15．越流系统包括主含水层、弱透水层以及相邻含水层或水体。（√）
16．在越流系统中，当弱透水层中的水流进入抽水层时，同样符合水流折射定律。（√）四、简答题
1．地下水补给的研究内容有哪些? 地下水的补给来源有哪些？
研究内容：补给来源、补给条件、补给量。
补给来源有：大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统和人工补给。
2．松散沉积物中存在哪两种降水入渗形式? 二者有什么不同？
两种形式为：捷径式和活塞式。
两者不同点：
(1) 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；
(2) 对于捷径式下渗，入渗水不必全部补充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。3．河水补给地下水时，补给量的大小取决于哪些因素？
(1) 透水河床的长度与浸水周界的乘积；
(2) 河床透水性；
(3) 河水位与地下水位的高差；
(4) 河床过水时间。
4．地下水排泄的研究内容和地下水的排泄方式有哪些？
研究内容：排泄去路、排泄条件、排泄量。
排泄方式有：泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层或含水系统、人工排泄。5．地下水的补给与排泄对地下水的水质是如何影响的？
地下水补给对水质的影响主要取决于补给源的水质。
径流排泄是盐随水走；蒸发排泄是水走盐留。
五、论述题
1．影响大气降水补给地下水的主要因素有哪些? 如何影响 ?
影响因素有：年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被等。
降水总量大，降水强度适中，包气带岩性粗和厚度小，地形平缓，植被较茂盛时，降水补给地下水的量大；反之，降水总量小，降水强度太小或太大，包气带岩性细或厚度大，地形较陡，植被较稀疏时，降水补给地下水的量少。
2．影响河水补给地下水的主要因素有哪些? 如何影响 ?
影响因素有：透水河床的长度与浸水周界的乘积、河床透水性、河水位与地下水位的高差、河床过水时间。
透水河床的长度与浸水周界的乘积越大，河床透水性愈强，河水位与地下水位的高差愈大，河床过水时间愈长，补给量愈大；反之，愈小。
3．影响地下水蒸发的因素有哪些? 如何影响 ?
影响因素有：气候、潜水埋深、包气带岩性、地下水流动系统的规模。
气候愈干燥，潜水埋深愈浅，粉质亚砂土、粉砂等组成的包气带，地下水流动系统的排泄区，蒸发作用强烈；反之，蒸发作用弱。
陕西颐信网络科技有限责任公司 2014年9月22日 陕西颐信网络科技有限责任公司 地下水监测系统 整体解决方案
目录 一、概述.................................................................................................................................................... - 1 - 1.1项目背景...................................................................................................................................... - 1 - 1.2新产品研究.................................................................................................................................. - 2 - 二、系统简介............................................................................................................................................ - 2 - 三、系统功能............................................................................................................................................ - 3 - 四、系统方案............................................................................................................................................ - 4 - 4.1数据流程及组网.......................................................................................................................... - 4 - 4.2系统组成...................................................................................................................................... - 4 - 4.3数据采集...................................................................................................................................... - 5 - 4.4数据传输格式.............................................................................................................................. - 5 - 五、系统软件............................................................................................................................................ - 5 - 5.1软件平台...................................................................................................................................... - 5 - 5.2数据接收软件.............................................................................................................................. - 5 - 5.3数据查询分析软件...................................................................................................................... - 6 - 六、系统特点.......................................................................................................................................... - 10 - 七、产品性能.......................................................................................................................................... - 10 - 7.1一体化智能水位采集装置........................................................................................................ - 10 - 7.1.1产品特点....................................................................................................................... - 11 - 7.1.2技术指标......................................................................................................................... - 12 - 7.2无线手持参数设置仪................................................................................................................ - 12 - 八、工程实例.......................................................................................................................................... - 14 -
高 校 地 质 学 报 Geological Journal of China Universities 2010 年 3 月，第 16 卷，第 1 期，1-6页March 2010，Vol. 16， No.1， p. 1-6中国地下水数值模拟的现状与展望 薛禹群 （南京大学 地球科学与工程学院 水科学系, 南京 210093） 摘要：回顾了中国地下水数值模拟的发展历程，指出了当前地下水模拟研究领域中存在的问题：基础理论的实验研究重视不够；过多依赖模拟技术，盲目追求软件的版本和模拟结果的可视化程度；轻视水文地质问题和条件的研究；以致于取得的成果跟踪性的占多数，原始创新的很少等。因此作出地下水数值模拟的展望，并指出该领域今后十年（2011~2020年）优先发展的8个研究方向。 关键词：地下水；数值模拟；优先发展方向 中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1006 -7493（2010） 01-0001-06 Abstract: The present situation of research on groundwater numerical simulation in China is briefly reviewed and analyzed. Problems existing in the development process are summarized. The prospect of the groundwater numerical simulation and some preferential development orientations of this field in the coming decade (2011~2020) is put forward.Key words: groundwater; numerical simulation; preferential development orientation XUE Yu -qun Department of Hydrosciences, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China Present Situation and Prospect of Groundwater Numerical Simulation in China 收稿日期：2009-11-20；修回日期：2010-02-05 作者简介：薛禹群，男，1931年生，教授，中国科学院院士，主要从事水文地质和地下水模拟的教学和科研工作；E -mail: yuqunx@https://www.doczj.com/doc/a718609660.html, 经过三十五、六年的发展，地下水模拟在中国经历了从无到有、从简单的水流模型到比较复杂的物质和热量运移模型；从仿制到独立研制，最后走向世界的艰难发展历程。现在可以说中国已经差不多建立了国际上讨论的各类模型：预报模型、管理模型和识别模型。研究范围涉及饱和带、非饱和带和饱和－非饱和带。基本满足了国民经济发展建设的需要。但还应从更高的角度冷静地查看我们发展中存在的问题，还应从国际上地下水模拟的发展趋势和国民经济发展对地下水的要求来制订发展规划，把我国地下水模拟事业推向一个新的、更高的高度，做出与中国作为世界大国相匹配的贡献。 1 研究现状 近几十年来，随着地下水科学和计算机科学的发展，地下水数值模拟也得到了快速发展，主要体现在：加拿大Borden基地、美国Cape Cod基地与Columbus基地开展的大型野外试验场研究，大大丰富了地下水溶质运移的理论和方法，取得不少新的认识，并为发展和检验溶质运移理论和相应数学模型提供了大量数据（MacKay et al，1986； LeBlanc et al，1991； Bogga et al，1992；Zheng and Gorelick，2003）；随机方法在非均质介质渗流和溶质运移的模拟中得到比较多的应用，从而加深、甚至改变了人们对此类介质中流体运 DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2010.01.005
当前应用于地下水模拟领域内的常用软件： 1、MODFLOW (The modular finite –difference groundwater flow model)是由美国地质调查局(ＵＳＧＳ)开发的用来模拟地下水流动和污染物迁移等特性的计算机程序，MODFLOW使用有限差分方法。其局限是仅在DOS模式下运行。在MODFLOW的基础上，各国研究人员又开发了可视化的扩展型软件Visual MODFLOW。Visual MODFLOW是由加拿大waterloo hydrogeologic Inc.在MODFLOW 软件基础上,应用现代可视化技术开发研制的,1994年8月首次在国际上公开发行，该系统目前国际上流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟的标准可视化专业软件系统。可应用于评价地下水安全供水量、评价地下水修复系统、优化灌溉抽水量等方面。 Visual MODFLOW 的最大特点是功能强大同时易学易用，合理的菜单结构，友好的可视化交互界面和强大的模型输入输出支持，使之成为许多地下水模拟专业人员的选择对象。 2、MT3D99是郑春苗博士设计开发的模拟三维地下水溶质运移程序 MT3D(1990)的升级版，MT3D99的易于使用、精确、快速的优良性能使得它获得了政府有关部门、地下水研究咨询公司以及用户的广泛认可，成为目前世界上首屈一指的溶质运移模拟软件。 MT3D99能够模拟地下水系统中的平流、扩散、衰减、溶质化学反应、线性与非线性吸附作用等现象，能够对承压含水层，不承压含水层，承压与不承压交替的含水层以及倾斜的和单元厚度变化的含水层进行空间离散。 MT3D99提供了丰富的求解方法。一个隐含求解方法是基于带高效 Lanczos/ORTHOMIN加速格式的广义共轭梯度法的迭代求解方法，能够花费比传统方法少得多的机时来求解范围广泛的问题。MT3D99采用了三阶 TVD(total-variation-diminishing)格式用于求解对流项，具有保持质量守恒和使数值弥散和人为振动最小化的特点，在其它求解技术失败时，此格式往往是有效的。MT3D99还将三种常用的运移求解技术结合在统一的代码中，这三种求解方法是：标准有限差分法、基于Eulerian-Lagrangian的粒子跟踪方法和高阶有
一、常用的地下水分类方法 （一）按赋存形式和物理性质划分 1．结合水 被分子力吸附在岩土颗粒周围形成极薄的水膜，可抗剪切，不受重力影响，不能传送静水压力，在110°C消失，主要存在于粘土中，影响其物理力学性质。 2．毛细管水 赋存于岩土毛细孔中，受毛细管力和重力的共同作用，可被植物吸收，影响岩土的物理力学性质，会引起沿海地区和北方灌区的土地盐碱化。 3．重力水 赋存于岩土孔隙、裂隙和洞穴中，不能抗剪切，受重力作用，可以传送静水压力。 结合水、毛细管水属专门研究课题，在水文地质勘察中，所指地下水一般是重力水。 （二）按含水介质特征划分 1．松散岩类孔隙水 主要赋存于第四系、第三系松散~半固结的碎石土和砂性土的孔隙中。 2．碎屑岩类裂隙孔洞水 主要赋存于中、新生代红色岩层的孔隙、孔洞中。 3．碳酸盐岩类裂隙溶洞水（岩溶水） 主要赋存于古、中生代灰岩、白云岩的裂隙溶洞中，分为： （1）裸露型：灰岩、白云岩基本上出露。 （2）覆盖型：灰岩、白云岩被第四系松散层覆盖。 （3）埋藏型：灰岩、白云岩被非碳酸盐岩类覆盖。 4．火山岩裂隙孔洞水
赋存于火山岩的裂隙、孔隙、气孔、气洞（熔岩隧道）中，在广东主要分布于雷州半岛。 5．基岩裂隙水 （1）块状岩类裂隙水 赋存于侵入岩、混合岩、正变质岩的裂隙中。 （2）层状岩类裂隙水 赋存于沉积岩、副变质岩的裂隙中。 （三）按埋藏条件和水力特征划分 1．上层滞水 位于不连续隔水层之上的季节性潜水。 2．潜水 位于地表下第一个隔水层之上，具自由水面的水。 3．承压水 充满两层隔水层之间，具压力水头的水。 （四）按地下水矿水度划分 1．淡水：M﹤1g/L。 2．咸水：M≥1g/L，分为： （1）微咸水：1g/L≤M﹤3g/L； （2）半咸水：3g/L≤M﹤10g/L； （3）咸水：M≥10g/L，可分为： ①盐水：10g/L≤M﹤50g/L； ②卤水：M≥50g/L。
谈我国地下水开发利用 1 我国地下水开发利用概况 地下水是地球上水资源的一个重要组成部分，具有水质洁净、温度变化小和分布广泛等优点，是居民生活、工农业生产和国防建设的一个重要水源。在世界各国供水量中，地下水占很大比例，如丹麦、利比亚、沙特阿拉伯与马耳他等国均占100％，圭亚那、比利时和塞浦路斯等国占80～90％，德国、荷兰与以色列占67～75％，原苏联占24％，美国占20％。美国1/3的水浇地依赖地下水灌溉。原苏联地下水开采量每秒钟达700立方米，其中的200多立方米用于城市供水、200多立方米用于农田灌溉。 据勘查，我国地下水资源的总量达8700亿立方米/年，占全国平均水资源总量28000亿立方米/年的31％左右，其中能够直接开发利用的每年约2900亿立方米。我国南方和北方地区的地下水资源分布不平衡，北方15个省、市、自治区和苏北、皖北地区约有3000亿立方米/年，约占北方水资源总量的一半；南方各省、市、自治区的地下水资源量约有5000多亿立方米/年。我国南方地表水较多，地下水也多，北方地表水较少，地下水也少。 在我国，地下水对居民生活、工农业生产与城乡建设起重要作用。无论是在河流大多干涸的北方，还是远离河流的南方，都依赖地下水作为主要的水源。据对我国181座大中城市统计，采用地下水供水的城市有60多座，占l/3以上；采用地下水与地表水联合供水的城市有40多座，占l/5以上。特别是在地表水缺乏的北方地区，地下水对于解决城市供水的作用更为重要，如华北地区27个主要城市的地下水开采量占城市总用水量的87％。目前，北京、沈阳、西安、大连等城市地下水的日开采量均达到了100万立方米以上。据统计，现在我国城市和工业地下水使用量已超过150亿立方米/年，约占全国地下水年开采总量的20％以上。在地面水源不足、降雨较少的干旱地区，开发利用地下水已成为水利建设的一个重要方面，是农业生产上取得抗旱保丰收的必要手段。据北方17个省、市、自治区统计，日前已有农业机井200多万眼，每年开采地下水超过400亿立方米，占全国地下水年开采总量的50％以上，灌溉农田面积为1.7亿亩以上。 2 我国地下水开发利用中存在的问题 目前，我国地下水年开采总量约为767亿立方米，约占全国地下水年天然资源总量的9％，北方地区的地下水开采量每年已达600亿立方米，占全国地下水年开采总量的78％以上。而华北平原的地下水年开采量为236亿立方米，已占全国地下水年开采量的30％以上。从总体来说，我国地下水的开发率是不高的。但是，由于我国用水地点集中、用水量增长幅度过大、工业布局不够合理，以及工业三废与城市生活废弃物治理不力等原因，地下水开发利用产生了一系列的严重环境问题： ⑴地下水开采过量，形成了大面积的地下水位下降漏斗区。在许多集中开采区，由于多年超量开采地下水，致使水井出水量急剧减少，发生水荒，如河北平原因超采地下水形成了30多个地下水位下降漏斗，其总面积近两万平方公里，承压地下水位降落漏斗中心水位每年下降2～3米。河北沧州承压地下水位下降每年超过了5米，地下水位下降漏斗区面积达1600平方公里，漏斗中心最深水位已达海平面以下50～60米。北京地下水位平均每年下降0.5～1.0米，形成了面积为1000平方公里的地下水位下降漏斗区，漏斗区平均水位下降4米多，漏斗中心水位下降20～30米，已使1/3的机井抽不上水，其面积达70平方公里。北京市每年由于抽水扬程增高而导致耗电量增加、更新机井和水泵多花的费用，已达1亿多元。 ⑵超量开采地下水，引起地面沉降、地裂缝和地面塌陷。据调查，上海、天津、常州、无锡、宁波等36个城市，由于过量抽汲地下水而出现了地面沉降，其中上海、天津市累积沉降幅度已超过了2米。上海市最大累积沉降量曾达2．63米；天津市地面沉降大于1米的
GWI-A5地下水系统划分导则 中国地质调查局 2004年11月
1主题内容与适用范围 1.1 本导则为中国地质调查局地质调查项目《全国地下水资源及其环境问题调查评价》（以下简称“项目”）专门制定。 1.2 本导则规定了地下水系统的基本概念、地下水系统划分的原则，并阐述了地下水系统分区分级的基本原则要求。 1.3 本导则只适用于“项目”中地下水系统划分。 1.4 本导则可供有关调查评价工作参考。 2引用标准及规范 供水水文地质勘查规范GB 50027-2001 区域水文地质工程地质环境地质综合勘查规范(1﹕50 000) GB/T 14158-93 矿区水文地质工程地质勘探规范GB 12719-91 水文地质术语GB/T 14157-93 3术语与基本概念 3.1地下水系统Groundwater system 是具有水量、水质和能量输入、运移和输出的地下水基本单元及其组合。是指在时空分布上具有共同地下水循环规律的一个独立单位。它可以包括若干次一级的亚系统或更低的单位。 3.2地下水系统边界Groundwater system boundary 地下水系统边界是指两个地下水系统之间或地下水系统与其环境之间所存在的界线。地下水系统边界具有时空四维性。 3.3地下水系统环境Environment of groundwater system 地下水系统环境是指存在于地下水系统外的与之有密切联系的物质的、经济的、信息的和人际的相关因素的总称。与地下水系统有密切联系的环境分为三类：自然环境、技术经济环境和社会环境。 3.4地下水系统结构Groundwater system structure 地下水系统结构是指不同多孔介质组成的地下水补给、径流和排泄以及水化学演化的场所或由构造断裂、溶洞、裂隙、节理等组成的地下水补给、径流和排泄以及水化学演化的空间网络。地下水系统结构是地下水系统保持整体性以及具有一定功能的内在依据。 3.5 地下水系统分级Groundwater system classification 地下水系统分级是指根据地下水系统结构、水动力或水化学特征等将一个独立的地下水系统划分为不同层次的若干次级系统。 3.6地下水系统区Groundwater system section 地下水系统区是指具有相似的水循环特征且在地域上相互毗邻的地下水系统组合体。地下水系统区内的地下水系统的输入和输出受相似气候条件或地表水系等的影响，使得区内所
附件4 地下水污染防治区划分 工作指南 （试行） 2014年10月
目次 第一章总则 (1) 1.1 编制目的 (1) 1.2 适用范围 (1) 1.3 编制依据 (1) 1.4 术语与定义 (2) 1.5 指导原则 (3) 1.6 组织编制单位 (3) 第二章工作内容与流程 (4) 2.1 工作内容 (4) 2.2 工作流程 (4) 第三章地下水污染防治区划分方法 (7) 3.1 地下水污染源荷载评估 (7) 3.2 地下水脆弱性评估 (14) 3.3 地下水功能价值评估 (19) 3.4 地下水污染现状评估 (23) 3.5 地下水污染防治区划分 (24) 第四章地下水污染防治区划分技术报告及成果图表 (29) 4.1 报告编制大纲 (29) 4.2 成果图 (29) 4.3 成果表 (31) 附录 A地下水保护区、防控区及治理区评估结果分析表（参考式样） (32) 附录 B岩溶区域地下水脆弱性评估指标说明 (35) 附录 C土地利用现状分类及说明 (40) 附录 D权重和参数敏感度分析 (45)
地下水污染防治区划分工作指南 （试行） 第一章总则 1.1编制目的 为贯彻落实《全国地下水污染防治规划（2011-2020年）》，推进我国地下水污染防治工作，规范地下水污染防治区划分工作，根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《地下水质量标准》（GB/T 14848）及相关法律、法规、标准、文件，编制《地下水污染防治区划分工作指南（试行）》（以下简称“指南”）。 1.2适用范围 1.2.1 本指南适用于区域尺度地下水污染防治区划分，评估区面积一般不小于0.4万km2，精度一般不小于1:25万。 1.2.2本指南主要包括开展地下水污染防治区划分工作的主要工作内容、工作流程、技术方法、报告图集编制要求等方面。 1.3编制依据 《中华人民共和国环境保护法》 《中华人民共和国水污染防治法》 《全国地下水污染防治规划（2011-2020年）》 GB/T 14175 水文地质术语 GB/T 14848 地下水质量标准
国外地下水模拟软件的发展现状与趋势 丁继红 (吉林大学数学科学学院) 周德亮, 马生忠 (吉林大学综合信息矿产预测研究所) 通过对目前国际上最有影响的几个地下水模拟软件的分析，概述了地下水模拟软件的发展现状，指出组件化、与GIS 集成、前后处理功能强化、科学可视化的深入应用将是未来地下水模拟软件发展的主要趋势。 一、引言 利用数值模型对地下水流和溶质运移问题进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领域的一种不可或缺的重要方法，并受到越来越大的重视和广泛的应用。一个完整的地下水模拟过程包含3个部分：前处理、模型计算和后处理。前处理是指在进行模拟计算之前对计算过程中所需数据的整理、组织、输入及计算网格的编号与生成。模型计算是进行地下水流动或水质运移正反演计算，常用的方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等。后处理是将计算所产生的结果数据，用图形或表格显示或存放起来，以供研究人员方便地进行分析和使用。传统的地下水模拟过程复杂繁琐，前后处理所花费的时间往往是计算时间的几倍，甚至是几十倍。如何获取、组织和输入模拟计算所必备的含水层复杂结构、庞大的数据与参数，如何分析和理解模拟计算过程中所产生的庞大的结果数据，如何减轻研究人员的劳动强度，缩短研究工作时间，成为传统地下水模拟研究工作面临的突出问题和困难。计算机技术的快速发展，在不断驱使研究人员对更为复杂的含水层系统中的地下水运动及溶质运移进行数值模拟的同时，又不断为解决问题提供新的技术和手段。近年来，在人机交互、计算机图形学和科学可视化等技术的推动下，国外地下水模拟软件不论是在数量还是质量上都有了巨大的发展和提高，前后处理的可视化功能日益强大。 二、最有影响的几个传统地下水模拟软件 通过近二十年的研究与发展，国际上已经形成了一批非常有影响的地下水模拟DOS版本的软件，它们今天在国际地下水模拟研究领域依旧非常活跃，如MODFLOW、MT3DMS、MT3D99、PEST、MODPATH、UCODE等。 1、MODFLOW MODFLOW是由美国地质调查局(USGS)的McDonald和Harbaugh于80年代开发出来的一套专门用于孔隙介质中三维有限差分地下水流数值模拟的软件。自从它问世以来，MODFLOW已经在全世界范围内，在科研、生产、环境保护、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用，成为最为普及的地下水运动数值模拟的计算软件。这种普及性是由其如下的特点决定的。 程序结构的模块化。MODFLOW包括一主程序和若干个相对独立的子程序包(Package)。每个子程序中有数个模块，每个模块用以完成数值模拟的一部分。例如河流子程序包用来模拟河流与含水层之间水力联系；井流子程序包用来模拟抽水井和注水井对含水层的影响。MDFLOW的这种模块化结构使得其程序易于理解、操作、修改和添加。MODFLOW问世以来，不断有新的子程序包被开发出来，例如用来模拟抽水引起地面沉降的子程序包(Leake和Prudic,1998)，用来模拟水平流动障碍(Horizontal flow-barrier)的子程序包(Hsieh和Freckleton,1993)等。新子程序的加入，使MODFLOW的应用范围不断扩大。 离散方法的简单化。MODFLOW采用有限差分法对地下水流进行数值模拟。差分法易于程序的普及和数据文件的规范。其主要缺点是当对某些单元网格加密时，会增加许多额外不必要的计算单元，延长程序的运行时间，随着计算机速度的迅速提高，计算机受网格数量的限制越来越小，差分法的优势越来越大，MODFLOW解决地下水流运动问题已经将含水层剖分到多达360×360×18个网格单元。 MODFLOW引进了应力期(Stress Period)概念，它将整个模拟时间分为若干个应力期，每个应力期又可再分为若干个时间段。在同一应力期，各时间段既可以按等步长，也可以按一个规定的几何序列逐渐增长。而在每个应力期内，所有的外部源汇项的强度应保持不变。这样就简化、规范了数据文件的输入，而且使得物理概念更为明确。 求解方法的多样化。迄今为止，MODFLOW已经含有强隐式法、逐次超松弛迭代法、预调共轭梯度法等子程序包。可以预见，MODFLOW的求解子程序包必将更加多样化，应用范围也更为广泛。大量实际工作表明，只要恰当使用，MODFLOW也可以用来解决裂隙介质中的地下水流动问题。不仅如此，经过合理的概化，MODFLOW还可以用来解决空气在土壤中的流动
表1 地下水质量分类指标 项目序号类别标准值项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类 1 色(度) ≤5≤5≤15≤25>25 2 嗅和味无无无无有 3 浑浊度(度) ≤3≤3≤3≤10>10 4 肉眼可见物无无无无有 5 pH 6.5～8.5 5.5～6.5，8.5～9<5.5，>9 6 氨氮(NH4)(mg/L) ≤0.02≤0.02≤0.2≤0.5>0.5 7 高锰酸盐指数(mg/L) ≤1.0≤2.0≤3.0≤10>10 8挥发性酚类(以苯酚计)(mg/L) ≤0.001≤0.001≤0.002≤0.01>0.01 9铬(六价)(Cr6+)(mg/L) ≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.1 10氰化物(mg/L) ≤0.001≤0.01≤0.05≤0.1>0.1 11硝酸盐(以N计)(mg/L) ≤2.0≤5.0≤20≤30>30 12亚硝酸盐(以N计)(mg/L) ≤0.001≤0.01≤0.02≤0.1>0.1 13阴离子合成洗涤剂(mg/L) 不得检出≤0.1≤0.3≤0.3>0.3 14 总硬度(以CaCO3,计)(mg/L) ≤150≤300≤450≤550>550 15 总大肠菌群(个/L) ≤3.0≤3.0≤3.0≤100>100 16 细菌总数(个/L) ≤100≤100≤100≤1000>1000 17 碘化物(mg/L ≤0.1 ≤0.1 ≤0.2 ≤1.0 ＞1.0 18 氟化物(mg/L) ≤1.0≤1.0≤1.0≤2.0>2.0 19 氯化物(mg/L) ≤50≤150≤250≤350>350 20 硫酸盐(mg/L) ≤50≤150≤250≤350>350 21 铜(Cu)(mg/L) ≤0.01≤0.05≤1.0≤1.5>1.5 22 锌(Zn)(mg/L) ≤0.05≤0.5≤1.0≤5.0>5.0 23 铅(Pb)(mg/L) ≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.1 24 镉(Cd)(mg/L) ≤0.0001≤0.001≤0.01≤0.01>0.01 25 铁(Fe)(mg/L) ≤0.1≤0.2 ≤0.3≤1.5>1.5 26 锰(Mn)(mg/L) ≤0.05≤0.05≤0.1≤1.0>1.0 27 镍(Ni)(mg/L) ≤0.005≤0.05≤0.05≤0.1>0.1 28 铍(Be)(mg/L) ≤0.00002≤0.0001≤0.0002≤0.001>0.001 29 钡(Ba)(mg/L) ≤0.01≤0.1≤1.0≤4.0>4.0 30 钼(Mo)(mg/L) ≤0.001≤0.01≤0.1≤0.5>0.5 31 钴(Co)(mg/L) ≤0.005≤0.05≤0.05≤1.0>1.0 32 砷(As)(mg/L) ≤0.005≤0.01≤0.05≤0.05>0.05 33 硒(Se)(mg/L) ≤0.01≤0.01≤0.01≤0.1>0.1 34 汞(Hg)(mg/L) ≤0.00005≤0.0005≤0.001≤0.001>0.001 35 溶解性总固体(mg/L) ≤300≤500≤1000≤2000>2000 36 滴滴滴(μg/L) 不得检出≤0.005≤1.0≤1.0>1.0 37 六六六(μg/L) ≤0.005≤0.05≤5.0≤5.0>5.0 38 总σ放射性(Bq/L) ≤0.1≤0.1≤0.1>0.1 >0.1
我国地下水污染现状及防治对策 1.1.前言 地下水是我国经济社会可持续发展不可缺少的物质基础，如今，随着我国人口的迅猛增加和经济的法则发展对水资源的需求量也在日益增加，全国水资源量27940亿，其中地下水水资源量为8840亿，占总水资源量的1/3。在我国当前的用水结构中，地下水雄踞一端，占据了全国总供水量的20%，饮用水供水量的70%，农田灌溉水量的40%，工业用水量的38%，并且这种用水结构短期内不会改变。 然而，我国地下水体的保护.安全情况并不乐观，污染比较严重，并且呈现日益增加的趋势。所以我们有必要了解我国地下水污染概况，熟悉其污染途径和污染成因，从长远利益出发，坚持可持续发展，制定科学的防治对策，让我过的水体结构更加科学，地下水更加安全，能够长远的造福人类。 1.2.我国地下水污染现状 由于人口的增长和社会经济的快速发展，对水资源的需求量也大幅度增长。近30年来，我国地下水的开采量以每年25亿的速度递增，全国有400个城市开采地下水。有些城市基本上是依靠地下水来满足对水资源的需求。根据国土资源部发布的《我国主要城市和地区地下水水情通报(2005年度)》，2005年在具备系统统计数据的171个地下水漏斗中，漏斗面积扩大的就有65个，占到了统计数的38%，面积扩大了6736，仅河北沧州第Ⅲ承压含水层漏斗面积就扩大了2089，最大水位埋深达到10m。由此导致了湿地消失、植被死亡和土地沙漠化等严重的生态灾难，以及地面沉降、岩溶塌陷、海水入侵等自然灾害的频频发生。 目前，我国地下水污染呈现由点到面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势，污染程度日益严重。全国195个城市监测结果表明，97%的城市地下水受到不同程度污染，40%的城市地下水污染趋势加重；北方17个省会城市中16个污染趋势加重，南方14个省会城市中3个污染趋势加重。在一些地区，地下水污染已经造成了严重危害，危及到供水安全。例如，辽宁省海城市污水排放造成大面积地下水污染，附近一个村因长期饮用受污染的地下水，多数人患上当地未曾有过的特殊病症，造成160人因饮用受污染的地下水而亡；淮河安徽段近5000范围内，符合饮用水标准的浅层地下水面积仅占11%；由于地水的严重污染，淄博日供水量51万立方m的大型水源地面临报废，国家大型重点工程——齐鲁石化公司水源告急；在首都北京，浅层地下水中也普遍检测出了具有巨大潜在危害的DDT、六六六等有机农药残留和尚没有列入我国饮用水标准的单环芳烃、多环芳烃等“三致”(致癌、致畸、致突变)有机物。 地下水超采与污染互相影响，形成恶性循环水污染造成的水质性缺水，进一步加剧了对地下水的超采，使地下水漏斗面积不断扩大，地下水水位大幅度下降；地下水位的下降又改变了原有的地下水动力条件，引起地面污水向地下水的倒灌，浅层污水不断向深层流动，地下水水污染向更深层发展，地下水污染的程度不断加重。日益严峻的地下水环境问题已经成为自然、社会、经济可持续发展的制约因素。 1.3.地下水污染的途径 地下水污染途径指污染物从污染地进入地下水中所经过的路径。除了少部分气体，液体污染物，可以直接通过岩石空隙进入地下水外，大部分污染物会随补给地下水的水源一道进
高三地理重要知识点：地下水 1．类型：地下水按照埋藏条件划分为潜水和承压水 2．地下水的来源： ①主要是大气降水。降雨历时长，强度不大，地形平缓，植被良好的情况，对地下水补给最有利。 ②河湖水补给。河湖水位高于潜水面时，河湖水补给两岸潜水。反之，潜水补给河湖水。黄河下游只有河水补给地下水。 ③凝结水：在干旱地区，大气降水很少，主要是大气中水汽直接凝结渗入地下。 ④原生水：主要与岩浆活动有关，数量很少。 3．地下水的问题与保护： ①不合理灌溉——土壤盐渍化——科学管理。 ②过量开采——地下漏斗区，地面下沉；沿海海水入侵，地下水水质变坏。——及时人工回灌。 ③保护自流水补给区的自然环境。 4．潜水面的形状及其表示方法 潜水面通常是一个起伏的曲面，一般倾向于邻近的低洼地区，即潜水的排泄区，如冲沟、河谷等。它的起伏与地貌大体一致，但比地貌的起伏要小些。山区潜水面的坡度较大，可达百分之几。潜水面的形状可以用潜水剖面图和潜水等水位线图来表示。前者是在地质剖面图上，将已知各点的潜水位联接起来而成，它可以反映出潜水面形状与地貌、隔水底板及含水层岩性的关系等。所谓潜水等水位线图就是潜水面的等高线图。它是根据潜水面上各点的水类型 位置 流向 补给 分布 深度和水质 潜水 （重力水） 地表以下第一个隔水层以上 从高处流向低处 雨水和地表水 分布区与补给区一致 埋藏浅，易开采，易污染 承压水 （自流水） 上下两个隔水层之间 从压力大处流向压力小处 潜水 分布区与补给区不一致 埋藏深，水质好，流量稳定
位标高绘制成的，一般绘制在地形图上。绘制的方法与绘制地形等高线的方法类似。 根据潜水等水位线图，可以解决下列问题：（1）潜水的流向：垂直于潜水等水位线从高水位向低水位的方向，就是潜水的流向。（2）潜水埋藏深度：将地形等高线和潜水等水位线绘于同一张图上时，则等高线与等水位线相交之点的潜水埋藏深度即为二者高程之差。（3）潜水于地表水的补给关系：根据潜水等水位线和地表水的水位高程便可以确定。 5．泉是地下水的天然露头，无论哪一种地下水都可以在适当的条件下涌出地表形成泉。泉的形成还与地质构造有关，分布最广泛的泉总是与石灰岩地区的单面山构造相联系；在断层发育的岩区，泉可以沿断层一带的透水层上升涌出地表。 6．澳大利亚盆地位于澳大利亚东部，又称自流盆地。该盆地的地质构造是一个巨大的向斜盆地。水层埋藏在上下两个隔水层之间，为承压水。含水层在湿润的东部山地出露，向西倾斜，一部分渗入地下的降水顺着倾斜的含水层流向盆地中部。盆地中部为承压水的承压区，地下水承受一定的压力，在盆地地势较低处打井，有的可以自然喷出，形成自流井。 澳大利亚自流盆地是世界上最大的自流盆地。自流井的盐度高，不宜用来灌溉农田，一般可作牲畜饮用水，因此对畜牧业发展非常有利。 7．深层地下水与浅层地下水、承压水与潜水不是一回事。深层地下水与浅层地下水是依据地下水的埋藏深度来区分的，而潜水与承压水是依据埋藏条件来区分的。
8.1 系统概述 一、系统概念的提出 贝塔朗菲（1901～1972），美籍奥地利生物学家，一般系统论和理论生物学创始人，50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论，并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念，奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。 系统论系统概念系统思想与方法 系统思想与方法的核心是：把研究的对象看成一个有机整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
二、系统相关概念（钱学森，1978年） 系统结构：系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。 系统方法认为：不应当将系统理解为各组成部分（要素）的简单集合，而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。 系统：由相互作用和相互依赖（联系）的若干组成部分结合而成的具有特定功能的（有机）整体。 系统的概念所涉及的范围广泛 1+1=21+1＞2 1+1＜2
三、系统与环境 一个系统不仅内部各个要素间存在相互作用，而且整个系统与外部环境之间还存在相互作用，即系统接受环境的物质、能量、信息的输入，然后经过系统变换，再向环境输出物质、能量和信息。即系统与环境间存在物质、能量、信息的交换。
环境对系统的作用称之为激励；系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应；环境的输入（激励）经过系统的变换而产生对环境的输出（响应），这种变换取决于系统的结构： S=f（I，O）（INPUT，OUTPUT） 在此提供了一种研究系统内部结构的方法，即通过输入、输出研究系统内部结构
例如，在同等降水条件下，不同的地下水系统，由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同，泉流量的变化各不相同。 系统分析的意义： 一方面，分析系统输入与输出（激励与响应）的对应关系有助于了解系统结构； 另一方面，对系统结构的了解有助于我们预测“激励——响应”关系。 再如，在不同的地下水系统中，以同种方式开采同样数量的地下水，地下水位的降低也有很大差别。 H S W ???=μ
地下水数值模拟任务、步骤及常用软件 1地下水模拟任务 大多数地下水模拟主要用于预测，其模拟任务主要有 4 种： 1)水流模拟 主要模拟地下水的流向及地下水水头与时间的关系。 2)地下水运移模拟 主要模拟地下水、热和溶质组分的运移速率。这种模拟要特别考虑到“优先流”。所谓“优先流”就是局部具有高和连通性的渗透性，使得水、热、溶质组分在该处的运移速率快于周围地区，即水、热、溶质组分优先在该处流动。 3)反应模拟 模拟水中、气 -水界面、水 -岩界面所发生的物理、化学、生物反应。 4)反应运移模拟 模拟地下水运移过程中所发生的各种反应，如溶解与沉淀、吸附与解吸、 氧化与还原、配合、中和、生物降解等。这种模拟将地球化学模拟 (包括动力学模拟 )和溶质运移模拟 (包括非饱和介质二维、三维流 )有机结合，是地下水模拟的发展趋势。要成功地进行这种模拟，还需要研究许多水 -岩相互作用的化学机制和动力学模型。 2模拟步骤 对于某一模拟目标而言，模拟一般分为以下步骤： 1)建立概念模型 根据详细的地形地貌、地质、水文地质、构造地质、水文地球化学、岩石 矿物、水文、气象、工农业利用情况等，确定所模拟的区域大小，含水层层 数，维数(一维、二维、三维)，水流状态(稳定流和非稳定流、饱和流和非饱和流)，介质状况 (均质和非均质、各向同性和各向异性、孔隙、裂隙和双重介质、
流体的密度差 )，边界条件和初始条件等。必要时需进行一系列的室内试验与野 外试验，以获取有关参数，如渗透系数、弥散系数、分配系数、反应速率常数等。 2)选择数学模型 根据概念模型进行选择。如一维、二维、三维数学模型，水流模型，溶质 运移模型，反应模型，水动力 -水质耦合模型，水动力 -反应耦合模型，水动力 - 弥散 -反应耦合模型。 3)将数学模型进行数值化 绝大部分数学模型是无法用解析法求解的。数值化就是将数学模型转化为 可解的数值模型。常用数值化有有限单元法和有限差分法。 4)模型校正 将模拟结果与实测结果比较，进行参数调整，使模拟结果在给定的误差范 围内与实测结果吻合。调参过程是一个复杂而辛苦的工作，所调整的参数必须 符合模拟区的具体情况。所幸的是，最近国外已花费巨力开发研究了自动调参 程序 (如 PEST)，大大提高了模拟者的工作效率。 5)校正灵敏度分析 校正后的模型受参数值的时空分布、边界条件、水流状态等不确定度的影响。 灵敏度分析就是为了确定不确定度对校正模型的影响程度。 6)模型验证 模型验证是在模型校正的基础上，进一步调整参数，使模拟结果与第二次 实测结果吻合，以进一步提高模型的置信度。 7)预测 用校正的参数值进行预测，预测时需估算未来的水流状态。