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第九章 地下水的动态与均衡 地下水动态：groundwater regime 地下水均衡：groundwater balance (budget) 9．1 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，称作地下水动态。 地下水均衡––––某一时段内，某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况称作地下水的均衡。 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： ① 为了合理利用地下水或有效防范其危害，必须掌握地下水动态。 ② 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水体的关系。 目前：研究较多的是水位动态，水量均衡。 9．2 地下水动态 1．形成机制：分析一次降雨对地下水位的影响： 地下水位的升高过程表现为一个连续波形图形。 当相邻的两次或更多次降雨接近时，各次降雨引起的地下水抬升的波形便会相互迭加，当各个波峰某种程度迭加时，会迭加成更高的波峰，地下水位会出现一个峰值。实际情况下往往是各个波形波峰与波谷迭加，削峰填谷，构成平缓的复杂波形。 对泉水流量的影响也类似。 间断性的降水，通过含水层的变化将转化为比较连续的地下水位的变化或泉流量的变化。 2．影响地下水动态的因素 1）气象因素： 降水→含水层水量增加→水位抬升→水质变淡； 蒸发→潜水含水层水量减少→水位降低→水质变咸； 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； 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。 在分析气象因素对潜水位的影响时，必须区分潜水位的真变化与伪变化。潜水位变动伴随相应的潜水储存量的变化，这种水位变动是真变化。某些并不反映潜水水量增减的潜水位变化，便是伪变化。例如，当大气气压开始降低时，暴露于大气中的井孔中的地下水位却因气压降低而水位抬升。 对于重大的长期性地下水供排设施，应当考虑多年的地下水位与水量的动态变化。供水工程应根据多年资料分析地下水位最低时水量能否满足要求；排水要考虑多年最高地下水位时的排水能力。 2）水文因素： 地表水体补给地下水而引起地下水位抬升时，随着远离河流，水位变幅减小，发生变化的时间滞后。 影响范围一般在数公里 ~ 数百公里。此范围以外主要受气候因素的影响。 3）地质因素： 包气带的厚度与岩性： ① 厚度：小，降水到达地下水的时间短→水位上升快；大，降水到达地下水的时间长→水位上升慢； ② 岩性： a. 渗透性：K小，水位滞后降水的时间长；K大，水位滞后降水的时间短； b. 给水度：μ小，水位变幅大；μ大，水位变幅小。 3．地下水天然动态类型 1）潜水： ① 蒸发型：干旱半干旱地区的平原、盆地：径流微弱，以蒸发排泄为主。 特点：年水位变幅小，水位季节变化明显，地下水向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。 ② 径流型：分布于山区或山前，以径流排泄为主。 特点：年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位变幅由大到小），水质季节性变化不明显。长期中水质不断趋于淡化。 ③ 弱径流型：气候湿润的平原或盆地，属弱径流型。 特点：年水位变幅小，水质季节性变化明显，长期中向淡化方向发展。 2）承压水： 均属于径流型。 特点：构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。 4．人类活动对地下水动态的影响 通过新增的补给源或排泄去路而影响地下水的动态。 如钻孔采水（开采地下水），矿坑排水，破坏了地下水的天然平衡，使地下水的动态发生变化。 新建水库，利用地表水灌溉，使地下水位上升，影响地下水的天然动态。 9．3 地下水均衡 1．概念 地下水均衡––––指某个地区，某一时段内，地下水水量（盐量、热量）收入与支出之间的数量关系。 均衡区––––进行均衡计算所选定的地区。一般为一个完整的水文地质单元或者为一个完整的地下水系统。 均衡期––––进行均衡计算的时间段称作均衡期。一般为一年，或若干年。 水均衡（水量平衡）研究的实质：用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素之间的数量关系。 正均衡––––地下水水量的收入大于支出，表现为地下水储存量的增加，称为正均衡。 负均衡––––支出大于收入，地下水储存量减少，称作负均衡。 均衡状态：收入=支出，地下水储存量保持平衡。 进行均衡研究的目的：分析收入项，支出项→列出水均衡方程式→补给量（资源评价）→正、负均衡？→求某些未知项（或参数：μ、S等）。 关于水均衡的研究：目前主要是水量均衡的研究。 2．水均衡方程式（天