地下水动态与均衡
从右图中可以看 出什么规律? 与地表水体的 距离有关
钱江潮一线潮水来到浙江盐官 (2005.9.21)
2010年10月10日下午13点04分,浙江省海宁市盐官观潮景区迎来了今年最高 的一线大潮。据海宁市水文站当日资料显示10月10日潮高2.78米,创今年潮水 高度之最。钱塘江潮水昨卷走6人。
气象(气候)因素
图9—3 潜水动态曲线 (1954—1955,北京) 虚线为气温;兰色柱状为降水量;红色为潜水位;黄色柱状为蒸发量
9.1.2
地下水动态的影响因素
●气象因素特点Βιβλιοθήκη 大面积,普遍产生影响 (主要有降水与蒸发因素)
●气象因素表现
▲降水的年内昼夜变化 ▲降水的 多年变化(如11年周期) ▲降水的年内季节性变化 与此相对应,地下水动态也有这三种周期性变化 ▲昼夜变化 --在许多地区不明显 ▲多年变化 --研究周期长 ▲年内变化 --最突出
9.1.1
地下水动态的形成机制
▴地下水动态形成机制
地下水动态是含水层(含水系统)对环境施加的激励 所产生的响应。 也可理解为含水层(含水系统)对输 入信息变换后产生的输出信息。 ▲下面以降水对地下水水位的影响加以说明
一次降雨通常持续数小时,我们不妨把它看作是发生于某一时刻 的“脉冲”。降雨入渗地面通过包气带下渗,达到地下水面后才能 使地下水位抬高。同一时刻的降雨,在包气带中通过不同大小的空 隙以不同速度下渗。当运动最快的水滴到达地下水面时,地下水位 开始上升,占比例最大的水量到达地下水面时,地下水位的上升达 到峰值,运动最慢的水滴到达地下水面时,降水的影响便告结束。 与一个降水脉冲相对应,作为响应的地下水位的抬升便表现为一 个波形。或者说,经过含水层的变换,一个脉冲信号变成了一个波 信号。与对应的脉冲相比较,波的出现有一个时间滞后,并持续某 一时间延迟。
某要素(水位)随时间的变化程度用稳定性来恒量 动态稳定——变化幅度小 动态不稳定——变化幅度大
9.1.2
地下水动态的影响因素
▴气象因素—决定动态总轮廓
是影响地下水动态的主要因素。 ▲降水和蒸发:直接影响地下水的补给与排泄,从而影响 地下水动态。 ▲气温:影响降水的形式、蒸发强度、浅层地下水水温。 ▲气压:对潜水位产生伪变化。
降水补给引起地下水位响应——滞后-延迟-叠加
9.1.1
地下水动态的形成机制
与环境的相互作用 降水——补给地下水系统——水位上升 (出现变化)
激励—脉冲式的降水 响应—波状信号的信息
地下水水位对外界输入(降水)响应的特点:
(1)滞后和延迟现象 (2)有叠加现象
因外界激励(或输入)而引起的系统响应(或输出)的 变化幅度是含水系统内部结构作用的结果
★如1966年3月8日在我国河北邢台地区发生6.8级地震,在马栏村 的地面形成一条宽约1.3米,长约300多米的北东向地裂缝,与另一 条北西向裂缝相交于一口水井处,井内喷出大量含水砂,井水长时 间外溢不止,从此以后此水井由苦咸变淡。 ★在一些地方大地震前,地下水可发生一些异常,如井水冒泡、翻 花、旋转、变浑或大幅度成片的升降等现象。1974年海城地震, 1976年唐山地震都有上述类似现象发生。
潜水位变动伴随的相应潜水储存量的变化为真变化;不反映潜水水 量增减的潜水位变化,为伪变化。
●气象要素具有昼夜、季节和多年性周期变化,地下水动 态也有相似的周期性变化。但存在时间上的滞后现象。
昼夜变化主要是气温和气压变化引起的,实际意义不大。季节变化 潜水表现的极为明显(如下图)。多年变化原因是太阳黑子活动的 周期变化,平均有11,22-23,5-6,33-35年的周期,其中11年周 期是最明显的,地下水动态也与此周期有关。 对国民经济有重大 影响的供水和排水工程,应考虑地下水位和水量的多年变化。供水 时应注意多年最低水位,排水时应考虑多年最高水位。
Fundamentals of Hydrogeology
水文地质学
第九章 地下水动态与均衡
本章内容
9.1 9.2
地下水的动态 地下水的均衡
9.1
地下水的动态
▴地下水动态
指地下水的各要素(水位、水量、水质、水温、流速、 流向等)在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规 律的变化 ▲地下水的水量水质等随时间变化,是收支不平衡的结果 如当含水层的补给水量大于排泄水量时,储存水量则 增加,地下水位上升;反之,则地下水位下降。同样, 盐量或热量收支不平衡,使得其水质或水温发生变化。 ▲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;以及改良土壤疏干排水等,都需要地 下水的动态资料。此外,分析地下水的动态资料,还有 助于地下水的形成及循环规律的理论研究。
9.1.2
地下水动态的影响因素
▴水文因素
水文因素对地下水动态的影响只是在地表水附近,而且还必须是 地表水与地下水有水力联系时才影响 ▲河流与地下水联系的形式有三种 (1)补给 ;(2)排泄;(3)洪水补给,枯水排泄 ▲由河流补给而引起地下水位变动,其变化幅度随着远离河流而越来 越小,变化时间随远离河岸而越来越推迟。影响范围随河水位变幅 及河岸组成物质不同,可波及数百米至数公里不等。 河流排泄地下水时,越是接近河流,潜水位变幅越小,远离河流 的河间地块或分水岭地段,水位变幅大。原因是:降雨入渗抬高水 位后,近河地段水力坡度迅速变大,径流强烈,潜水位上升很少; 远离河流地段,水力坡度增大不多,故潜水位不断抬高。 ▲湖泊水位波动较小,对地下水动态的影响不明显。 ▲海洋潮汐可引起沿岸地下水位的波动,其影响范围取决于潮汐变化 幅度及海岸的地质地貌条件。钱江潮 (八月十八潮,壮观天下无)
9.1.2
地下水动态的影响因素
▴地质因素
▲岩性和岩相等的影响是长期缓慢的,它不反映在地下 水的周期性变化上。如岩性、给水度、渗透系数的大小 在短期内变化不大,但在较长期内可以逐渐增大。 ▲构造因素是一个区域性的影响因素。 ▲地震是地质因素中快速变化突然发生的因素,对地下 水动态有很大影响,它能引起地下水水位、流量和热动 态的变化,也能引起化学成分的变化。