第二节地下水动态.doc

第二节 地下水动态 一、地下水动态的概念 地下水的水位、水量、水温、水化学成分在多种因素综合影响下，随时间作有规律的变化，称地下水动态 地下水的水量和水质等要素随时间变化的因素是由于在一定的时间内，地下水补给和排泄不平衡所致即某一时段进入含水层的水量和随水带入的物质成分，如多于同步期内从含水层中排出的水量和物质成分，必然引起含水层中水量和物质成分的增长；反之，则产生相应的减少这种增长或减少最后反映在地下水动态上 地下水动态的研究有着实际的意义，如为了合理开发地下水而调节用水；基坑或矿坑排水；地下水资源评价；改良土壤疏干排水等，都需要地下水的动态资料此外，分析地下水动态资料，尚有助于地下水的形成及循环规律的理论研究 二、影响地下水动态的因素 为了研究地下水动态，一方面必须理解在时间和空间方面变化着地下水水量和水质的多种因素这些因素可分为两大类：自然因素和人为因素自然因素涉及：气候、水文、地质、土壤、生物等对潜水来说，气候和水文因素是重要的；对深层承压水，地质因素的作用则是重要的 (一)自然因素 1．气候因素 气候的变化具有周期性的特点，变化周期可分为近年的、季节的和昼夜的。

与之相适应，对地下水特别是对潜水的影响，亦可分为昼夜变化、季节变化和近年变化 降水的分布历时，直接影响潜水的补给气温与湿度的变化，影响潜水的蒸发，使其排泄强度及水质发生相应的变化 对国民经济影响较大的长期供水或排水工程，必须考虑地下水动态的近年变化供水应注意近年最低水位；排水要考虑近年最高水位 季节变化潜水体现最为明显如国内东部季风区，潜水位在一年中一般体现为一种峰值和一种谷值前者在降雨集中时期，后者在翌年雨季之前水位谷值期地下水矿化度高，峰值期由于降水渗入冲淡，矿化度普遍减少但在北方半干旱盐渍土分布区，雨季初期，降水将一年中土壤累积的盐分冲洗进入地下水，故地下水矿化度反而增高，在雨季高峰期为最低 国内西北干旱地区，降水稀少，对地下水的补给作用不大夏季气温升高，高山积雪及冰川融化，以地表径流入渗形式补给平原潜水 气压的变化可以引起井孔内水位的单薄升降，应注意这是一种伪变化，并不是由于含水层自身水量增减而引起的变化水位的昼夜变化往往是这种伪变化 2．水文因素 在地下水与地表水体存在联系的地区，水文因素对地下水动态影响明显地表水作为地下水的补给来源或排泄途径而影响其动态。

由河水补给而引起的潜水位变化，在岩性不变的条件下，其变幅随远离河流而减小，变化时间随距离增长而延迟地表水对地下水影响带的宽度，决定于近岸地带的岩性、地表水位与潜水位的水位差、地表水位的变化幅度及洪峰延续时间等一系列因素近岸地带的地下水动态，不仅在水位变化方面，在水温、化学成分方面也有体现 河流排泄潜水时，愈是接近河流，潜水位变幅愈小，远离河流的河间地块或分水岭地段，水位变幅大因素在于，当降水入渗抬高水位后，近河地段水力坡度迅速变大，径流加强，则潜水位抬升少；远河地段，水力坡度增大不多，径流强度很少加大，则潜水位不断抬高 滨海地区地下水明显受潮汐作用的影响，如福建汤坑热水的地下水位同海水同样，每天有两次“涨潮”和“退潮”，在水位过程线上浮现两个波峰和波谷，浮现的时间比潮汐变化滞后约40min潮汐的影响，重要同潮差大小及距离海岸的远近有关一般状况下，潮差愈大，距海岸愈近，则地下水日变化幅度愈大 3．地质因素 地质因素中除地震、火山喷发、倒塌等，体现为急骤的变化外，一般与气候、水文因素相比，都显得缓慢稳定地质因素对地下水动态的影响重要体现是，在气候、水文因素所决定的地下水动态基本模式的基本上，起加强或缓和的作用。

如包气带岩性的渗入系数愈大，接受降水入渗量愈多；又犹如一强度的降水补给，岩层的给水度愈大，地下水位的升高愈小等 地质构造对地下水动态的影响，在承压水和潜水的特性上反映的最明显地壳的升降运动，亦可引起地下水动态的相应变化上升地区，侵蚀基准面下降，天然排水条件加强，可导致地方性疏干，并在加速地下水运动的同步，使之淡化下降地区，天然排水强度削弱，使地下水运动缓慢，可以导致沼泽化，也可导致水的盐化 地下水变幅带内岩土颗粒的大小及级配可以影响地下水位变化的幅度一般粗颗粒的渗入系数K、给水度μ值大，地下水位变化幅度小；细颗粒的K、μ值小，地下水位变化幅度大这是由于K、μ值大的岩土排水条件好，地下水位不易上升；而K、μ值小的岩土排水条件差则易上升 　含水层厚度、埋藏条件及饱水状况对地下水位动态变化也有较大影响如包气带厚度愈小(不能过小)，消耗于湿润包气带的那部分降水入渗量便少，潜水接受的补给量就多，产生的水位升幅就大反之包气带厚度大，就将吸取大量的入渗水量，水位升幅则小同步包气带厚度较小时，降水与地下水位抬升也许同步或滞后时间很短，包气带厚度较大时，地下水位抬升滞后于降水时间就较长 　在新构造运动强烈地区，地下水可以在短时间内发生变化。

尤以地震前后体现最为明显如1966年邢台地震，1974年海城地震，1976年唐山地震，在地震前后地下水皆有大幅度的升降或成片变化现象，还浮现许多特殊状况，如井水冒泡、翻花、旋转、变浑、变甜或变苦等因此，地下水动态的监测研究，是地震预报的重要手段之一 　 4．成壤因素和生物因素 　 成壤因素重要影响潜水化学成分的变化，潜水埋藏愈浅，影响愈明显生物因素的作用重要表目前两个方面：一是植物蒸腾对潜水位的影响；二是多种细菌活动，对地下水化学成分的影响 　(二)人为因素 　人为因素是指与人类活动有关的因素可有两种不同的影响：疏干的影响和充水的影响疏干影响，如多种取水建筑物、排水工程，由于排出地下水，使水位下降，甚至浮现大面积的地下水位漏斗如据《中国水资源评价》一书提供的资料，截止到1983年终，国内北方平原区已形成浅层地下水降落漏斗40多种，漏斗总面积达1．5万km2，漏斗中心水位埋深10～40m(近来又有不同限度的发展)充水的影响，如修建水库，运用地表水灌溉，跨流域调水等，都会增长地下水的补给来源，致使地下水动态发生变化 三、地下水动态类型 地下水动态类型的划分措施诸多，根据动态形成的不同条件，不同目的，分类的措施不同。

下面简介的分类，是根据影响地下水动态的补给和排泄条件划分的它合用于潜水和浅层承压水 (一)渗入—蒸发型动态 重要浮现于干旱、半干旱的平原及山间盆地地区潜水埋藏浅，水平径流单薄或呈停滞状态，排泄以蒸发消耗为主降水及地表水入渗，引起水位抬升，水质淡化；随着水位升高，埋深变小，蒸发加剧，又使水位下降，随之蒸发削弱，进而水位趋于稳定，水质逐渐盐化具有此类动态的潜水，称大陆盐化潜水在此类地区进行灌溉时，须控制多种水源的渗入补给，避免潜水位升高，以避免或消除土壤盐碱化或沼泽化 (二)渗入—径流型动态 重要出目前山区及山前地带潜水埋藏较深，蒸发单薄，排泄以水平径流消耗为主随着降水或地表水的入渗，地下水位抬高，地下水径流加强，径流排泄不断进行，水位变幅趋小，水位渐近稳定，体现为动态曲线平滑由于盐分随径流排走，从长远看水质趋于淡化属于溶滤潜水此类地区不会产生盐碱化或沼泽化，但灌溉时应采用合适措施，避免灌溉水的渗漏损失 (三)渗入—蒸发、径流型动态 重要出目前湿润气候条件下的平原地区湿度大，蒸发弱；地形平坦，径流缓慢，故排泄通过径流和蒸发两个途径但由于降水补给充沛，从长远看水质趋于淡化。

上述分类还可进一步细分，如根据入渗条件再分为大气亚型、水文亚型；大气亚型又可分雨水型和融雪型等第三节 地下水均衡 一、地下水均衡的概念 地下水均衡就是在一定期间间隔内，某地段地下水的补给和排泄之间的数量关系 进行均衡计算研究的地区称为均衡区它最佳是一种地下水流域进行均衡计算选定的时间段，称为均衡期，可以是一种月、一年、也可是若干年某一均衡区，在一定的均衡期内，地下水的收入不小于支出，体现为地下水贮存量增长时，称为正均衡；反之，称为负均衡 地下水的均衡状况，最后反映在地下水的动态变化上因此可以说地下水动态是地下水均衡的外部体现；地下水均衡则是地下水动态的内在因素动态变化是永恒的，绝对的；而均衡则是有条件的，相对的 二、全球的水均衡 设Zm为海面及洋面的年蒸发量；Xm为海面及洋面的年降水量；Zc为陆面年蒸发量；Xc为陆面年降水量；Y为地表水及地下水年径流量如都采用近年平均值，单位皆用水层厚度(mm)表达，则在全球范畴内 (6—31) 上式表白在全球范畴内，近年平均蒸发量等于近年平均降水量称水均衡方程式 对一种独立流域，它的水均衡方程式可以写成X=Z+Y (6—32)式中X——流域内年平均降水量； Z——流域内年平均蒸发量； Y——流出流域的年平均径流量。

如流域为封闭的，则水均衡方程为 X=Z (6—33) 三、均衡区的水均衡方程 对一种具体的水均衡区来说，水均衡方程式即是该区一定期段(均衡期)内，水的收入量与支出量之间关系的数学体现式 均衡区内的收入项A一般涉及：大气降水量x、地表水流入量Y1、地下水流入量W1、凝结水量Z1；支出项B一般涉及：地表水流出量Y2、地下水流出量W2，蒸发量E在均衡期内，水的收入与支出之差，必然反映在储量变化△V上，则水均衡方程式为即 均衡区的水储量变化△V涉及如下各部分：地表水变化量H1、包气带水变化量H2、潜水变化量μ△H(μ为含水层给水度)，ΔH为潜水位在均衡期内的变幅据此，水均衡方程式可写成 　为计算以便，方程式中各项(H1、H2、△H)单位皆用水层厚度(mm)表达 四、潜水均衡方程式 潜水均衡方程式是表达一种均衡区在均衡期内，水量总的收支和分派状况，但它满足不了对地下水进行具体研究的需要为了更详尽的表达潜水的均衡，特提出潜水均衡方程式 (6—35)式中潜水从邻区流入量；降水入渗补给潜水量；地表水体入渗补给潜水量；凝结水补给量；潜水越流补给量(正值)或排泄量(负值)；潜水流出量；潜水蒸发量；潜水向地表的排泄量；为潜水变化量。

式中各项要素均采用水层厚度(mm)为单位需指出，在水文地质条件不同的地区，均衡要素是不同的，虽然同一地区，不同步期各项要素也可有所变化，则方程式体现为不同的形式，有些要素可略去，使方程简化如能获取方程式中某些要素数值，即可推求未知要素故可用来研究潜水的储量变化和预测水位 方程中各要素数据，可通过气象、水文及地下水监测部门(或均衡实验场)获取或测定，某些较专门性的要素(如越流量等)可进行专门性实验拟定 在人工长期大量开采地下水地区，常浮现负均衡，这就规定进行人工补给来补偿负均衡否则就会浮现大面积的地下水下降漏斗和形成区域性地下水位下降的严重后果，甚至导致水源涸竭。