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地下水动态与均衡(完整).ppt

地下水动态与均衡(完整)

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2019-02-28 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《地下水动态与均衡(完整)ppt》,可适用于财会税务领域

FundamentalsofHydrogeology水文地质学第九章 地下水动态与均衡本章内容 地下水的动态 地下水的均衡 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。 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。降水补给引起地下水位响应滞后延迟叠加 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)地下水水位对外界输入(降水)响应的特点: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激励脉冲式的降水响应波状信号的信息()滞后和延迟现象()有叠加现象某要素(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 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。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年的周期其中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。气象(气候)因素图潜水动态曲线(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 地下水动态的影响因素●气象因素特点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 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()补给()排泄()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)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()年月日下午点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月日潮高米创今年潮水高度之最。钱塘江潮水昨卷走人。 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。★如年月日在我国河北邢台地区发生级地震在马栏村的地面形成一条宽约米长约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。年海城地震年唐山地震都有上述类似现象发生。可利用地下水动态观测资料来预报地震灾难前的平静(年印尼)海浪冲击堤岸阳光沙滩成了死亡地狱 地下水动态的影响因素▲火山爆发通常都伴随有大量的水蒸气和挥发物其水汽可迅速以暴雨形式降落到地面。因此火山爆发时可在附近出现地下水动态的显著变化包括泉水断流或流量增大井水水位和化学成分的变化等。◆土壤和生物因素▲土壤的影响主要表现为对潜水化学成分的改变尤其是在土壤盐渍化和沼泽化两地区最为明显。▲生物的影响表现在两个方面a植物蒸腾对潜水动态的影响b细菌对地下水化学成分的影响。★植被特别是森林对地下水的影响有两重性一方面森林地区不仅创造了水分的积聚和加强入渗补给条件并影响到补给期的延长从而影响到地下水的动态。另一方面植物的蒸腾结果引起埋藏不深的潜水动态发生季节性或多年的变化有的甚至产生昼夜变化。★如据观测资料金来花收割前潜水位每周夜有节奏地变化一次夜间水位上升白天及傍晚下降收割后这种变化消失随之而来的是潜水位上升。 地下水动态的影响因素◆人为因素在天然状态下由于气候因素在多年中围绕平均状态变动因此地下水动态也围绕某一范围波动而不会持续上升或下降。然而人类活动可以增加新的补给来源或新的排泄去路而大大改变地下水的天然动态甚至产生一些不良后果如水源枯竭、水质污染、土壤盐渍化等。▲充水类型:渠道、水库、堤坝、灌溉等▲疏干类型:集水建筑物采水、矿坑排水等各种排水工程★如由于矿井长期排水使地下水位逐年下降工业城市污水排放使地下水的水质污染★引用客水(本地区以外的水)灌溉造成地下水位逐年上升引起土壤次生盐渍化由于灌溉反而使土质变坏作物减产。如我国内蒙河套区就有这种现象。 地下水动态的影响因素例如河北饶阳县五公地区开采第四系潜水及浅层承压水作为灌溉水源。每年()月采水灌溉水位降到最低点。()月雨季开始采水停止降水入渗及周围地下水径流补给使水位迅速上升。雨季结束后周围的径流填充开采漏斗水位继续缓慢上升。翌年采水前期水位达到最高点。这一动态变化显示了天然因素和人为因素的综合影响。本区由年至年始末高水位期水位相近此期间降水量接近多年平均值。由此说明保持此五年的平均开采水量地下水收支可以平衡。河北饶阳五公地区地下水位动态曲线思考?影响地下水位变化(动态特征)因素有哪些?岩溶水动态云南喷水洞地下暗河流量动态曲线岩溶水动态山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线地下水天然动态类型潜水、承压水由于排泄方式、交替程度不同两者的动态特征也不同。、潜水的动态类型三种类型蒸发型径流微弱蒸发排泄为主径流型径流强烈蒸发微弱弱径流型径流微弱蒸发也微弱主要出现在干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆地。广泛分布于山区及山前降水与地表水入渗补给丰沛气候湿润的平原与盆地蒸发排泄有限径流排泄为主但径流微弱。年水位变幅小且变幅接近水质季节变化明显长期地下水趋于盐化年水位变化大且不均水质季节变化不明显长期地下水趋于淡化年水位变幅小且接近水质季节变化不明显长期地下水趋于淡化地下水天然动态类型、承压水的动态类型径流型 动态变化的程度取决于构造封闭条件。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。、人类活动影响下的地下水动态采排地下水:取水或矿坑排除地下水后人工采排成为地下水新的排泄去路含水层或含水系统原来的均衡遭到破坏天然排泄量的一部或全部转为人工排泄量天然排泄消失或减少(泉流量、泄流量减少蒸发减弱)并可能增加新的补给量影响地下水动态。补给地下水:修建水库利用地表水灌溉等增加了新的补给来源而使地下水位抬升形成新的动态特征。 地下水均衡◆地下水均衡指某一时间段、某一地段内地下水水量(热量、盐量、能量)的收支状况均衡区:进行均衡计算所选定的地区(三维的)均衡期:进行均衡计算的时间段(一个水文年)正均衡:收入>支出负均衡:收入<支出▲地下水均衡状况最终反映在地下水动态变化上即地下水动态是水均衡的外部表现水均衡则是地下水动态变化的内在原因。通过水量均衡计算可以掌握和预测水量和水位的变化规律和趋势以便合理开采利用地下水资源。地下水均衡方程式◆地下水均衡方程式质量守恒定律均衡方程式一般表达形式:AB=ΔW  A收入项   B支出项  ΔW均衡时段内均衡区的水储存量变化项均衡结果(表现):正均衡或负均衡对陆地上某均衡区在均衡期内★收入项A包括●大气降水量(X)●地表水流入量(Y)●地下水流入量(W)(承压水的越流量和侧向补给量)●凝结水量(Z)●人工补给量(灌溉回归水补给、人工回灌补给等)★支出项B包括●地表水流出量(Y)●地下水流出量(W)●蒸发量(Z)●人工排泄量(人工开采、排水渠等)★水储存量变化项△W包括●地表水变化量(V)●包气带水变化量(m)●潜水变化量(u△h)●承压水变化量(ue△hc)其中:u为潜水含水层的给水度△h为均衡期潜水位变化值ue为承压含水层的弹性给水度△hc为承压水测压水位变化值天然条件下总的水均衡方程式为X(YY)(WW)(ZZ)=Vmu△hue△hc潜水均衡图示潜水均衡方程式:  XfYfZcWuQt(ZuQdWu)=μΔh潜水均衡方程式XfYfZcWuQt(ZuQdWu)=μΔh几种条件下的潜水均衡方程式干旱半干旱平原区:忽略Zc地形切割微弱Qd→  无越流时Qt=径流滞缓Wu≈Wu→         XfYfZu=μΔh  多年均衡条件下:μΔh=则         XfYf=Zu湿润山区潜水均衡 Zu=XfYf=Qd强烈开采区  XfYf=Q开 区域地下水均衡堆积平原含水系统地下水均衡模式分析分区(三段均衡区)分析:用含水系统分析水量均衡:进行水均衡研究或计算切忌避免重复否则会人为地夸大地下水的可利用量造成不可挽回的损失和后果。人类活动影响下的地下水均衡在研究人为影响的地下水均衡问题时只需在天然状态下的均衡式中加入人为造成的含水层的收入和支出项即可。例如为防治土壤次生盐渍化MM克雷洛夫对苏联中亚某灌区确定的潜水均衡方程为μΔh=XfffQtZuQr其中:f、f分别为灌渠水及田面灌水入渗补给潜水的水量Qt下伏承压含水层越流补给潜水的水量Zu潜水的蒸发量Qr通过排水沟排走的潜水水量。以一个水文年为均衡期经观测计算得到各均衡项数值为=(单位:mm)人类活动影响下的地下水均衡据此结果可得出以下几点结论●潜水表现为正均衡一年中潜水储存量增加mm水位平均上升mm(μ=)。故必须采取措施降低均衡收入或加大均衡支出以防止土壤次生盐渍化。●潜水位抬高主要是由灌渠水入渗(占潜水均衡收入总量℅)引起其次为田面灌水入渗(占潜水均衡收入总量℅)。降低均衡收入必须采取灌渠防渗措施及控制灌水定额。●现有排水设施的排水能力过小年排水量仅为mm。如不能采取减少灌水入渗的措施则应加强排水。每年应增加的排水量即为潜水储存量增加值mm。本章小结地下水动态主要是含水系统水量(盐量、热量等)收支平衡状况的综合表现。影响地下水动态的因素有:气象、水文、地质土壤及生物和人类活动。地下水均衡计算应从系统角度遵循质量守恒定律来分析。地下水量均衡方程式的一般表达式为:  收入项支出项=系统储存量的变化

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