➢ 通常，一个大的含水系统可以包含若干个流动系统（图8-3，A，B） ➢ 两者都可以进一步划分为子系统，子系统层次上，两者可以重叠
（图8-3，A，B与I、II的关系） ➢ 流动系统在人为活动影响下，其规模、数量均会发生变化，变化受
到大的含水系统边界的制约，通常不会越出大的含水系统边界。 （图8-4）
第八章 地下水系统
主要内容：了解地下水系统相关概念的形成，掌握地下 水含水系统与流动系统的概念、划分方法与两者的关系， 流动系统划分意义；掌握地下水流动系统的渗流场特征， 了解流动系统的化学场与温度场的特征；学习利用地下 水流动系统理论分析地下水流的特征方法。
重难点：掌握地下水含水系统与流动系统的概念和划分； 重点掌握地下水流动系统的层次性；学习利用地下水流 动系统图分析问题的方法。
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图8—3 地下水含水系统与地下水流动系统
1 —隔水基底；2—相对隔水层（弱透水层）；3—透水层；4—地下水位； 5—流线；6—子含水系统边界；7—流动系统边界；8—子系统代号；9— 子流动系统代号， 、 分别为B流动系统的区域的中间的与局部的子 流动系统
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图8—4 人为影响下地下水流动系统与含水层系统的关系
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图8—8 层状非均质介质中的地下水流动系统 〔Freeze and Witherspoon， 1967〕
1—等水头线；2—流线（.图中K为渗透系数相对值）
第八章 地下水系统--- 8.4地下水流动系统
二、地下水流动系统理论
也称托特地下水流动系统理论（(Groundwater Flow Systems，以下缩写为GFS），在托特文章中 被称为“广义水力理论”“重力穿层地下水流动理论” 或“区域地下水流动理论”。 托特理论的两个前提： ➢ 区域水力连续性：从较长的时间尺度与较大的空间尺 度来考察问题，广大范围内的地下水存在着水力联系。 ➢ 控制地下水流动的是“势”（地形），而不是地质条 件。
1—隔水基底；2—相对隔水层（弱透水层）；3—透水层；4—地下水开采中 心；5—地下水位；6—流线；7—子含水层系统界线；8—子含水层系统代号
控制含水系统发育的，主要是地质结构（沉积、构造、 地质发展史），而控制地下水流动系统发育，主要是水势 场。在天然条件下，自然地理因素（地形、水文、气候） 控制着势场，因而是控制流动系统的主要因素。
耐盐，水植物 流速（水交替）：
局部系统，浅层流动系统迳流快，交替 深部区域系统，迳流慢，交替退缓
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图8—12 地下水流动系统的控制因素
1—隔水层；2—渗透性较差的透水层；3—渗透性较好的透水层；4—地 下水位；5—流线（图上略去降水如渗）
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图8—12 地下水流动系统的控制因素
1—隔水层；2—渗透性较差的透水层；3—渗透性较好的透水层； 4—地下水位；5—流线. （图上略去降水如渗）
图8—12 地下水流动系统的控制因素 1—隔水层；2—渗透性较差的透水层；3—渗透性较好的透水
层；4—地下水位；5—流线（图上略去降水如渗）
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（二）地下水流动系统的水化学特征
地下水流动系统的水力特征（水力条件）决定了水化 学特征。根据地下水化学场，可以回溯历史上的地下水流 动系统。在流动系统中，水化学特征与以下因素有关：① 入渗补给；②流程—流径长度；③流速；④流动过程中物 质补充及迁移；⑤流程中经受的水化学作用，等。
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1980年，托特提出了“重力穿层流动”的概念，将流动
系统理论全面推广到非均质介质场(图8—9)，并将其应用于
分析油气的迁移与积聚。
➢
1986年，英格伦（G．B．Engelen）分析了形成地下水
流动系统的物理机制，建立了一套着重于解决水质问题的地
下水流动系统的概念与方法（Engelen，1986）。
部环境发生相互作用。
以系统为对象，系统接受或向环境产生的物质能量或信息—称为输 入与输出（图8-1）。
以系统为作用对象，环境对系统的作用与系统对环境的反作用称 为激励与响应（图8-2）。
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第八章 地下水系统--- 8.1系统概念
图8—1 系统的输入与输出 图8—2 系统的激励和响应
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第八章 地下水系统--- 8.2地下水系统概念
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第八章 地下水系统--- 8.3地下水含水系统
地下水含水系统
含水系统的发育主要受到地质构造的控制。 含水系统在概念上是含水层的扩大，因此，关于含水层
的许多概念均可应用于含水系统。 含水系统分类：松散沉积物与坚硬基岩中含水系统
图8—5 不同类型的含水系统 1—基岩隔水层；2—基岩透水层；3—松散沉积物相对隔水层；4—松散沉积物透水层；
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第八章 地下水系统--- 8.4地下水流动系统
一、地下水流动系统概念的形成
（1）早期流网的特点（图8-6a）：忽视地下水的垂向运 动，把地下水流动看作平面二维的运动。只画河间地块 流网的一部分如（图8—6a）。 （2）Hubbert河间地块流网：在1940年，M K Hubbert正 确地画出了河间地块流网（图8-6b），并指出，排泄区 的流线指向地下水面，为上升水流；补给区，流线离开 地下水面，呈下降水流；只有在两者之间的过渡带，流 线才是水平的。
地下水系统是个广义的泛指概念，不同学者从不同研究角度给出了各种 定义，归纳起来可划分为二大类：地下水含水系统和地下水流动系统。
地下水含水系统：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有 统一水力联系的含水岩系。 ➢ 一个含水系统往往由若干含水层和相对隔水层（弱透水层） 组成。 ➢ 含水系统中的地下水呈现统一水力联系。 地下水流动系统：是指由源到汇的流面群构成的，具有统一 时空演变过程的地下水体。
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三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较
（2）两者的区别
根本不同 分类依据
统一性
含水系统
静态系统
根据储水构造划分的， 以介质场为依据 统一的或潜在统一的水力 联系
边界性质
隔水与相对隔水的地质边 界，地质零通量
系统发育史
共同的地质演变历史， 地层形成史一致
流动系统
动态系统 根据水的流动特征， 以渗流场为依据
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三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较
含水系统与流动系统是内涵不同的两类地下水系统， 但也有其共同之点。 （1）两者的共同点 ➢ 突破了把单个含水层作为功能单元的传统观点
（system≠aquifer） 单个含水层→包含若干含水层与相对隔水层的整体 地质边界 →以地下水流作为研究实体 ➢ 力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体
➢ 含水层之间既可以通过“天窗”，也可以通过相对隔水 层越流产生广泛的水力联系。
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第八章 地下水系统--- 8.3地下水含水系统
三、基岩含水系统
基岩构成的含水系统总是发育于一定的地质构造之中， 或是褶皱，或是断层，更多的情况下两者兼而有之。固结 良好的基岩往往包含有厚而稳定的泥质岩层，构成隔水层。 基岩含水系统的类型： ➢ 一个独立的含水层就构成一个含水系统（图8-5b）。 ➢ 数个含水层构成一个含水系统，岩相变化导致隔水层尖灭 （图8-5c），或者导水断层使若干含水层发生联系时（图 8-5d）。此时，含水系统各部分的水力联系不同。 ➢ 同一个含水层由于构造原因也可以构成一个以上的含水系 统（图8-5b、c）。 ➢ 极少数构造封闭的含水系统（图8-5e）
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图8—10 地质控制（a）与地形控制（b）的自流井〔弗里泽等，1987〕
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流动系统发育的规模与数目的控制因素（自选）
与介质场的渗透性（K）、系统中源汇的势差（地形起 伏）、系统的几何尺寸等有关。 流量流速与伴生现象： 补给区：水分不足区，水位埋深大，大多含盐量低，耐旱 植物 排泄区：水分过剩区，沼泽化，湿地，泉，盐分累积，
相互作用，相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集， 整 体→其功能大于局部（要素）之和，
Integral ＞ ∑elements。
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第八章 地下水系统--- 8.1系统概念
二、系统与系统方法
系统方法：用系统思想去分析与研究问题的方法。 系统思想：就是把研究对象看作一个有机整体，从整体角度
去考察、分析与处理问题的方法。 一个系统，不仅内部诸要素存在着相互作用，而且与外
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图8—7 均质各向同性潜水盆地中的理论流动系统〔Tóth，1963〕 1—不同级别流动系统的分界；2—同一级别流动系统的分界；3—流线
；4—局部流动系统；5—中间流动系统；6—区域流动系统
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➢ 随后，弗里泽（R．A．Freeze）及威瑟斯庞 （P．A．Witherspoon）利用数值解得出了层状非均质介质 中的地下水流动系统（图8—8）。迄今已出现了许多数值模 拟地下水流动的程序，可以应用模拟二维及三维各向异性非 均质介质中的稳定与非稳定流动。
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第八章 地下水系统--- 8.1系统概念
一、系统的提出
一般系统论，是二十世纪40年代贝塔朗菲（Ludwig von Bertalanffy）提出来的。
二十世纪特别是本世纪50—60年代在应用系统工程解决复杂问 题取得重大成功。
系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成 的具有特定功能的整体〔钱学森等，1978〕
5—导水层；6—地下水位；7—地下水.流向，箭头愈大，表示径流愈强；8—泉
第八章 地下水系统--- 8.3地下水含水系统
二、松散含水系统
➢ 松散沉积物构成的含水系统发育于近代构造沉降的堆 积盆地之中，其边界通常为不透水的坚硬基岩（图85a）。
➢ 含水系统内部一般不存在完全隔水的岩层，仅有粘土 亚粘土层等构成的相对隔水层，并包含若干由相对隔水 层分隔开的含水层（图8-5a）。
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P39 图4-3 c
图8—6 河间地块流网图 （a）传统概念的河间地块流网；（b）赫伯特的河间地块流网 1—隔水层；2—透水层；3—地下水位；4—等水头线；5—流线；6—地表水