第10章地下水的動態與均衡第1節地下水動態與均衡的基本概念第2節地下水動態第3節地下水均衡第10章地下水的動態與均衡第1節地下水動態與均衡的基本概念一、動態（groungwaterregime）

地下水的各要素（水位、水量、水質、水溫、流速、流向等）在自然和人為因素的綜合影響下隨時間作有規律的變化。第10章地下水的動態與均衡第1節地下水動態與均衡的基本概念●收入＞支出

正均衡

●收入＜支出

負均衡

◆均衡區：進行均衡計算所選定的地區。

◆均衡期：進行均衡計算的時間段。

地下水均衡研究內容：確定均衡區與均衡期、確定均衡方程式、地下水均衡各收支計算、均衡計算結果校核與分析二、均衡（groungwaterbudget）

利用質量守恒定律，分析地下水在某地區某時段內水量、熱量和鹽量的收入與支出之間的平衡關系。

水量的收支關系——水量平衡

鹽量的收支關系——鹽量平衡

熱量的收支關系——熱量平衡第10章地下水的動態與均衡第1節地下水動態與均衡的基本概念三、動態與均衡的關系

地下水資源不同于其它礦產資源的最主要區別，在于其質和量總是隨時間不停變化著。動態是均衡的外部表現，均衡是動態變化的內部原因。第10章地下水的動態與均衡第1節地下水動態與均衡的基本概念四、研究動態與均衡的意義①查清地下水補給、排泄與資源條件、含水層之間、含水層與地表水之間的關系；②認識區域水文地質條件；③進行水量和水質評價；④地下水資源合理開發利用與保護管理，防止地下水危害；⑤檢驗水文地質結論。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態一、地下水動態形成機制將地下水動態理解為含水層（含水系統）對環境施加的激勵所產生的響應。地下水水位降水第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

也可理解為含水層（含水系統）對輸入信息變換后產生的輸出信息。間斷性的降水，通過含水層（含水系統）的變換，將轉換成比較連續的地下水位變化或泉流量變化。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態二、影響地下水動態的因素

兩類因素

因素之一：

地下水諸要素——水量、鹽量、熱量、能量等的收支變化，即外界激勵（輸入）因素

因素之二：影響激勵（輸入）—響應（輸出）關系的轉換因素（影響地下水動態曲線具體形態的因素）第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

1、激勵（輸入）因素：

氣象因素、水文因素

（1）氣象因素：是主因素（降水、蒸發、氣溫、氣壓）

降水和蒸發：直接影響地下水的補給與蒸發，從而影響地下水動態。

氣溫：影響降水形式、蒸發強度、淺層地下水水溫（晝夜、冬夏）

氣壓：氣壓變大，水位降低；氣壓變低，水位抬升

對潛水位產生偽變化；潛水位變動伴隨的相應潛水儲存量的變化為真變化。

不反映潛水水量增減的潛水位變化為偽變化。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

一般氣象（氣候）要素具有晝夜、季節和多年性周期變化，地下水動態也有相似的周期性變化。但存在時間上的滯后現象。（1）氣象因素：第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

氣候還存在多年的周期性波動。例如，周期為11年的太陽黑子變化，影響豐水期與干旱期的交替，從而使地下水位呈同一周期變化。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態（2）水文因素

地表水體補給地下水而引起地下水位抬升時，隨著遠離河流，水位變幅減小，發生變化的時間滯后。河水對地下水動態的影響一般為數百米到數公里，在此范圍外，主要受氣候因素的影響。

濱海地區海水潮汐的影響，使地下水位呈現一天兩次升降的周期性變化。

第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態（3）生物因素

生物的影響表現在兩個方面：

植物蒸騰對潛水動態的影響

細菌對地下水化學成分的影響。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

2、響應（輸出）因素：主要為地質結構、水文地質條件和人為因素（1）地形因素地形高的地方，一般為補給區，遠離排泄區，水位變化顯著；地形低的地方，靠近排泄區，不斷得到地下水徑流補給，水位變化不顯著。

第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態（2）地質因素巖性：長期緩慢影響。同一地方，同一雨季，細粒中的水位變化顯著，粗粒中變化不顯著。徑流—排泄條件

包氣帶巖性、厚度對降水脈沖起濾波作用。包水帶潛水儲存量為給水度（μ）與水位變幅（Δh）之積，給水度決定水位的變化；承壓含水層因彈性給水度（貯水系數）比給水度小1~3個數量級，承壓水水位變化大。構造：是一個區域性的影響因素。地震、火山活動：短期影響。在震前地下水位急劇上升、下降、冒砂等，甚至震前地下水化學成分也會改變。

第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態（3）水文地質條件地下水埋深

潛水含水層—水位變化通過質量傳輸完成承壓含水層—水位變化是壓力傳遞的結果壓力傳遞速度遠大于質量傳輸地下水流動系統補給區—水位變化大排泄區—水位變化小第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態（4）人為因素

疏干類型：集水建筑物采水、礦坑排水等各種排水工程；

充水類型：渠道、水庫、堤壩、灌溉系統等。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

開采第四系潛水及淺層承壓水作為灌溉水源。每年3~5（6）月采水灌溉，水位降到最低點。6（7）月雨季開始，采水停止，降水入滲及周圍地下水徑流補給，使水位迅速上升。雨季結束后，周圍的徑流流入填充開采漏斗，水位繼續緩慢上升。翌年采水前期，水位達到最高點。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

采排水量過大，天然排泄量的減量與補給量的增量的總和，不足以償補人工排泄量時，則將不斷消耗含水層儲存水量，導致地下水位持續下降。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態

由于灌溉，旱季水位反而上升。干旱半干旱平原或盆地，地下水天然動態多屬蒸發型，灌溉水入滲抬高地下水位，蒸發進一步加強，促使土壤進一步鹽漬化。有時，即使原來潛水埋深較大，屬徑流型動態，連年灌溉后，也可轉為蒸發型動態，造成大面積土壤次生鹽漬化。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態地下水位降落漏斗剖面圖

第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態開采狀態下地下水流態剖面示意圖

第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態三、地下水動態類型

根據排泄方式和水交替強度，潛水及松散沉積物淺部的承壓水，可分三種主要動態類型：

1、滲入—蒸發型：分布在干旱、半干旱地區，地形切割微弱的平原或山間盆地中心。補給：降水、地表水入滲（但不豐沛）徑流：微弱，水交替強度十分緩慢排泄：蒸發為主。動態特征：年水位變幅小而均勻；水質季節變化明顯，向鹽化方向發展；土壤易鹽漬化。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態三、地下水動態類型

根據排泄方式和水交替強度，潛水及松散沉積物淺部的承壓水，可分三種主要動態類型：

2、滲入—徑流型：分布在山前或山區。地形高差大，水位埋藏深。補給：降水、地表水入滲（豐沛）徑流：強烈，水交替強度大排泄：徑流排泄為主。動態特征：年水位變幅大而不均（由分水嶺到排泄區，年水位變幅由大而?。凰|季節變化不明顯，長期中地下水不斷趨向淡化。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態舉例：承壓含水層的動態類型：滲入—徑流型動態變化程度：取決于構造開啟程度，構造開啟程度越高，水交替越強烈，動態變化也越強烈，水質的淡化趨勢越明顯。第10章地下水的動態與均衡第2節地下水動態三、地下水動態類型

根據排泄方式和水交替強度，潛水及松散沉積物淺部的承壓水，可分三種主要動態類型：

3、滲入—蒸發、徑流型（弱徑流型、過渡型）：分布在降水豐沛、氣候濕潤的平原或盆地中心。補給：降水、地表水入滲（豐沛）徑流：徑流微弱，蒸發也微弱排泄：徑流排泄為主動態特征：年水位變幅小而均勻；水質季節變化不明顯，長期中地下水不斷向淡化方向發展，但發展慢。第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡一、水均衡方程式

基本關系式：

儲量變化=收入量–支出量

（△ω）=（A）–

（B）正均衡——收入＞支出負均衡——收入＜支出第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡二、舉例：陸地上某均衡區在均衡期內

收入量A包括：

大氣降水量（X）地表水的流入量（Y1）地下水流入量（W1）

（承壓水的越流量和側向補給量）

凝結水量（Z1）支出量B包括：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸發量（Z2）第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡

水儲量△ω包括：地表水變化量（V）包氣帶水變化量（m）潛水變化量（μ△h）承壓水變化量（μe△hc）

其中：μ為潛水含水層的給水度或飽和差；△h為均衡期潛水位變化值（上升用正號，下降用負號）；μe為承壓含水層的彈性給水度；△hc

為承壓水測壓水位變化值。天然條件下的總水均衡方程式

X-（Y2-Y1）-（W2-W1）-（Z2-Z1）=V+m+μ△h+μe△hc第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡潛水均衡示意圖

弱透水層

含水層

潛水位

潛水位

潛水均衡

收入項A包括：

降水入滲補給量（Xf

）地表水入滲補給量（Yf）凝結水補給量（Zc）上游斷面潛水流入量（Wu1）下伏承壓水越流補給量（Qt）

支出項B包括：潛水蒸發量（Zu）(土面蒸發、植物蒸騰)

潛水以泉或泄流形式排泄量（Qd）下游斷面流出量（Wu2）第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡二、舉例：陸地上某均衡區在均衡期內

儲量變化△ω為：μ△h

潛水均衡方程式為：

μ△h=（Xf+Yf+Zc+Wu1+Qt）-（Zu+Qd+Wu2）干旱半干旱平原潛水多年均衡方程式：

Xf+Yf=Zu

濕潤山區潛水多年均衡方程式：

Xf+Yf=Qd

第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡三、大區域地下水均衡

第10章地下水的動態與均衡第3節地下水均衡堆積平原含水系統地下水均衡模式分析

1、分三段均衡區分析：

山前丘陵潛水：Xf1+Yf1+W1=Zu1+Qd+W2

沖積平原潛水：Xf2+Yf2+Qt=Zu2

沖積平原深層水：W2=Qt+W3

2、用含水系統分析，水量均衡方程：

Xf1+Xf2+Yf1+Yf2+W1=Zu1+Zu2+Qd+W3

（無Qt、W2）注：進行大區域水均衡研究時，必須仔細查清上下游，潛水和承壓水，地表水與地下水之間的水量轉換關系，否則將導致水量重復計算，人為夸大可開采利用的水量。第10章地下水的動態與均衡

1、某一干旱地區的山前平原，平原與山地邊緣為洪流形成的沉積物—洪積扇，在山前地帶洪積扇的頂部、洪積扇與平原接觸地帶及遠離山前的平原地帶打3個鉆孔取水樣，水化學分析的結果顯示：陰離子有HCO3–、SO42–、Cl–，陽離子有Na+、Ca2+，礦化度也有明顯的變化。水源地（均衡區）位于平原地帶，區域面積為100km2，年平均降水量為600mm，降水入滲系數為0.2，地下水位埋深較淺，蒸發強度為0.00008m3/(m2.d)。有一條河流補給地下潛水，河床的補給長度為8km，單寬流量為5m3/(m.d)，水源地開采量為每年2千萬m3。

回答以下問題：（1）根據盆地邊緣洪積扇中潛水的埋深和水質的特點，將地下水分為哪幾個帶？（2）試述山前盆地邊緣洪積扇的頂部至盆地中心地下水水化學成分的變化情況，并簡單分析發生這種變化的原因。（3）列出該水源地進行水均衡計算的表達式。（4）根據收入項和支出項，計算該水源地是正均衡還是負均衡？

第10章地下水的動態與均衡

（1）洪積扇頂部到前緣，根據潛水埋深可分為潛水深埋帶、溢出帶和潛水下沉帶；根據水質特點可分為鹽分溶濾帶、鹽分過路帶和鹽分堆積帶。（2）山前地帶氣候相對濕潤，洪積扇中顆粒較粗大，地形坡度大，潛水埋深大，以溶濾作用為主，形成低礦化度的HCO3—Ca型水；盆地中心地帶氣候相對干燥，地形坡度小，潛水埋深小，以蒸發作用為主，易形成高礦化度的Cl—Na型水；洪積扇與盆地接觸地帶氣候條件、顆粒大小和潛水埋深介于上兩者之間，易形成中等礦化度的SO4—Ca或SO4—Na型水。（3）本水源地為典型的有人類活動影響的干旱、半干旱平原均衡區，水均衡方程式如下：式中：Xf—降水入滲補給量；Yf—地表水入滲補給量；Zu—潛水蒸發量；Qkc—開采量；μΔh—潛水存儲變化量（4）本均衡區的收入項為降水入滲補給量、地表水入滲補給量；支出項為潛水蒸發量，開采量。根據題意可知：

Xf

=0.6×0.2×108×=1.2×107（m3）；

Yf=5×8000×365=1.46×107（m3）；

Zu=0.00008×108×365=0.29×107（m3）；

Qkc=2.0×107（m3）。收入項=2.66×107（m3）＞支出項=2.29×107（m3），因此，本均衡區為正均衡。第10章地下水的動態與均衡

2、某水源地開采區為正方形，邊長為15km，區