水文地质勘查技术 地下水动态与均衡分析 2 地下水动态与均衡要素测定.doc

PAGE PAGE 1 任务五 地下水动态与均衡研究 （二）地下水动态与均衡要素测定 课程目的 掌握渗地下水动态与均衡要素测定的工作原理、内容、方法，具有地下水动态与均衡要素测定专业技能 课程任务 1、掌握地下水均衡原理与均衡方程类型及适用条件 2、掌握地下水均衡要素测定方法、程序 课程内容 1、地下水均衡原理与均衡方程 2、地下水均衡要素测定 重点、难点 地下水均衡要素测定 地下水均衡原理与均衡方程 1、地下水均衡原理：质量守恒定律 任一地区，在一定时间段内，地下水系统中地下水水量（或溶质、热量）的补给量（收入）与消耗量（支出）之差，恒等于地下水储存量（或溶质、热量）的变化量。 地下水均衡包括：水量均衡、水质均衡、热量均衡。其中水量均衡是后二种均衡的基础。 2、均衡区：进行均衡研究中，所选定的地区。它最好是一个地下水流域或是一个相对独立的完整水文地质单元，边界最好是性质较明确、位置较清楚的某一自然边界或地质界线（如河流、隔水边界等）。 3、均衡期：进行均衡计算的时间段。 4、均衡要素：均衡研究中，各补给项和消耗项，称为均衡要素。 进行水均衡研究的方法步骤： （1）选定均衡区；（2）确定均衡期，划分均衡时段；（3）确定各项均衡要素；（4）进行均衡计算，确定区内地下水均衡状态。 5、水均衡方程式 表示水的补给和消耗之间数量关系的数学方程式，称为水均衡方程。根据水均衡原理，写水量均衡方程(均衡方和中各项均以水层厚度表示，单位为mm）. （1）陆地上某均衡区总水量均衡方程 (x+y1+w1+z1+R1)-(y2+w2+z2+R2)=Δω=V+P+μΔh （2）地下水均衡方程 潜水水量均衡方程式的一般形式： (xf+yf+w1+z1/+R1/+E)-(ws+w2+z2/+R2/)=μΔh 承压水的水量均衡方程，一般形式为： (W1+E1)-( W2+ R2K)=μ*Δh 根据所处地质环境条件，潜水均衡方程可简化为： xf+yf- z2/=μΔh 多年均衡条件下μΔh=0，则xf+yf=z2/，表示渗入补给潜水的水量全部消耗于蒸发。 典型的湿润山区潜水均衡方和式多为：xf+yf=ws 地下水均衡方程由三部分组成：即补给量、消耗量和均衡期内水量的变化量。 （二）地下水均衡要素的测定方法 地下水均衡研究的主要工作是测定各均衡要素。 1、潜水储存量变化量μΔh的测定方法 潜水储存量变化量（μΔh）：=潜水位变化值Δh*岩层的给水度（或饱和差）μ。 Δh：一般由观测孔直接观测确定。给水度μ的确定方法如下： （1）实验室测定 μ=V水/V土 试样体积小，代表性差。 （2）根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化确定给水度μ值 （3）抽水试验法 （4）根据潜水位动态观测资料用有限差分法计算给水度μ 1）潜水为单向流动时的有限差分方程 图6-3，公式见P72公式 （5）其他方法 测定或计算给水度的方法还有渗流槽模拟法、野外原位测试法、水量均衡法、经验公式法、相关分析法、数值法等。 在基岩裂隙、岩溶地区，也可用裂隙率或岩溶率近似地代替给水度。 2、降水渗入补给量（xf）及蒸发量（Z2/）的确定 （1）地中渗透仪测定法 （2）潜水水位动态资料计算法 在地下径流滞缓，水位埋藏较浅的平原区，降水入渗补给和蒸发消耗是引起天然潜水位上升或下降的最主要影响因素。因此，在无人工开采等干扰因素的情况下： xf=μ.Δh Z2/=μ.Δh 大多数情况下用降水入渗系数法计算大气降水入渗补给量。 降水入渗系数a：降水入渗补给量xf与降水量x之比。 a=xf/x=（μ.Δh）/x 根据某次降水量引起的潜水位上升幅度和水位变动带给水度近似计算该次降水的入涌系数，根据不同降水强度的次降水量求得次降水入渗系数，取其平均值，再乘以全年的有效降水量，即得年降水入渗补给量。 （3）泉流量总和法 在某些丘陵山区（特别是干旱半干旱的岩溶区），降水往往是地下水的唯一补给来源，泉水几乎是唯一的排泄方式，如果忽略地下水的蒸发量和储存量的变化量，泉水的年流量总和近似等泉域年降水入渗补给量。即 xf=∑Q泉i 泉域的降水入渗系数a即为泉水年总流量与该泉域内大气降水总量的比值。 （4）潜水蒸发量的经验公式计算法 阿维扬诺夫公式： 潜水的蒸发强度小于水面蒸发强度，且随水位埋深增大而减小，水位埋深达到或大于极限蒸发深度时，潜水蒸发强度为零。 （5）零通量面法 零通量面：是指由水分通量为零的点所构成的面，它是岩土水分蒸发影响的下降标志，该面以下水分向上运移，消耗于蒸发、蒸腾，该面以下的水分能缓慢下降，最后补给潜水。零通量面可作为测算陆面蒸发、蒸腾量和地下水入渗补给量的分界面。 零通量面法：根据包气带水量均衡原理和非饱和流扩散式运动理论建立起来的计算降水入涌补给量的方法。 工作步骤：钻孔中子水分仪测得Δ