1、第二节 地下水动态一、地下水动态的概念地下水的水位、水量、水温、水化学成分在各种因素综合影响下，随时间作有规律的变化，称地下水动态。地下水的水量和水质等要素随时间变化的原因是由于在一定的时间内，地下水补给和排泄不平衡所致。即某一时段进入含水层的水量和随水带入的物质成分，如多于同时期内从含水层中排出的水量和物质成分，必然引起含水层中水量和物质成分的增加；反之，则产生相应的减少。这种增加或减少最终反映在地下水动态上。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；改良土壤疏干排水等，都需要地下水的动态资料。此外，分析地下水动态资料，还有助于地下水的形
2、成及循环规律的理论研究。二、影响地下水动态的因素为了研究地下水动态，首先必须了解在时间和空间方面改变着地下水水量和水质的各种因素。这些因素可分为两大类：自然因素和人为因素。自然因素包括：气候、水文、地质、土壤、生物等。对潜水来说，气候和水文因素是主要的；对深层承压水，地质因素的作用则是主要的。(一)自然因素1气候因素气候的变化具有周期性的特点，变化周期可分为多年的、季节的和昼夜的。与之相适应，对地下水尤其是对潜水的影响，亦可分为昼夜变化、季节变化和多年变化。降水的分布历时，直接影响潜水的补给。气温与湿度的变化，影响潜水的蒸发，使其排泄强度及水质发生相应的变化。对国民经济影响较大的长期供水或排水
3、工程，必须考虑地下水动态的多年变化。供水应注意多年最低水位；排水要考虑多年最高水位。季节变化潜水表现最为明显。如我国东部季风区，潜水位在一年中一般表现为一个峰值和一个谷值。前者在降雨集中时期，后者在翌年雨季之前。水位谷值期地下水矿化度高，峰值期由于降水渗入冲淡，矿化度普遍降低。但在北方半干旱盐渍土分布区，雨季初期，降水将一年中土壤累积的盐分冲洗进入地下水，故地下水矿化度反而增高，在雨季高峰期为最低。我国西北干旱地区，降水稀少，对地下水的补给作用不大。夏季气温升高，高山积雪及冰川融化，以地表径流入渗形式补给平原潜水。气压的改变可以引起井孔内水位的微弱升降，应注意这是一种伪变化，并不是由于含水层本
4、身水量增减而引起的变化。水位的昼夜变化往往是这种伪变化。2水文因素在地下水与地表水体存在联系的地区，水文因素对地下水动态影响显著。地表水作为地下水的补给来源或排泄途径而影响其动态。由河水补给而引起的潜水位变化，在岩性不变的条件下，其变幅随远离河流而减小，变化时间随距离增加而延迟。地表水对地下水影响带的宽度，决定于近岸地带的岩性、地表水位与潜水位的水位差、地表水位的变化幅度及洪峰延续时间等一系列因素。近岸地带的地下水动态，不仅在水位变化方面，在水温、化学成分方面也有表现。河流排泄潜水时，愈是接近河流，潜水位变幅愈小，远离河流的河间地块或分水岭地段，水位变幅大。原因在于，当降水入渗抬高水位后，近河
5、地段水力坡度迅速变大，径流加强，则潜水位抬升少；远河地段，水力坡度增大不多，径流强度很少加大，则潜水位不断抬高。滨海地区地下水明显受潮汐作用的影响，如福建汤坑热水的地下水位同海水一样，每天有两次“涨潮”和“退潮” ，在水位过程线上出现两个波峰和波谷，出现的时间比潮汐变化滞后约 40min。潮汐的影响，主要同潮差大小及距离海岸的远近有关。一般情况下，潮差愈大，距海岸愈近，则地下水日变化幅度愈大。3地质因素地质因素中除地震、火山喷发、崩塌等，表现为急骤的变化外，一般与气候、水文因素相比，都显得缓慢稳定。地质因素对地下水动态的影响主要表现是，在气候、水文因素所决定的地下水动态基本模式的基础上，起加强
6、或缓和的作用。如包气带岩性的渗透系数愈大，接受降水入渗量愈多；又如同一强度的降水补给，岩层的给水度愈大，地下水位的升高愈小等。地质构造对地下水动态的影响，在承压水和潜水的特征上反映的最明显。地壳的升降运动，亦可引起地下水动态的相应改变。上升地区，侵蚀基准面下降，天然排水条件加强，可造成地方性疏干，并在加速地下水运动的同时，使之淡化。下降地区，天然排水强度减弱，使地下水运动缓慢，可以导致沼泽化，也可导致水的盐化。地下水变幅带内岩土颗粒的大小及级配可以影响地下水位变化的幅度。一般粗颗粒的渗透系数 K、给水度 值大，地下水位变化幅度小；细颗粒的 K、 值小，地下水位变化幅度大。这是因为 K、 值大的
7、岩土排水条件好，地下水位不易上升；而 K、 值小的岩土排水条件差则易上升。含水层厚度、埋藏条件及饱水状况对地下水位动态变化也有较大影响。如包气带厚度愈小(不能过小)，消耗于湿润包气带的那部分降水入渗量便少，潜水接受的补给量就多，产生的水位升幅就大。反之包气带厚度大，就将吸收大量的入渗水量，水位升幅则小。同时包气带厚度较小时，降水与地下水位抬升可能同步或滞后时间很短，包气带厚度较大时，地下水位抬升滞后于降水时间就较长。在新构造运动强烈地区，地下水可以在短时间内发生变化。尤以地震前后表现最为明显。如 1966 年邢台地震，1974 年海城地震，1976 年唐山地震，在地震前后地下水皆有大幅度的升降
8、或成片变化现象，还出现许多特殊情况，如井水冒泡、翻花、旋转、变浑、变甜或变苦等。因此，地下水动态的监测研究，是地震预报的重要手段之一。4成壤因素和生物因素成壤因素主要影响潜水化学成分的改变，潜水埋藏愈浅，影响愈显著。生物因素的作用主要表现在两个方面：一是植物蒸腾对潜水位的影响；二是各种细菌活动，对地下水化学成分的影响。(二)人为因素人为因素是指与人类活动有关的因素。可有两种不同的影响：疏干的影响和充水的影响。疏干影响，如各种取水建筑物、排水工程，由于排出地下水，使水位下降，甚至出现大面积的地下水位漏斗。如据中国水资源评价一书提供的资料，截止到 1983 年底，我国北方平原区已形成浅层地下水降落
9、漏斗 40 多个，漏斗总面积达 15 万 km2，漏斗中心水位埋深1040m(近 10 年来又有不同程度的发展)。充水的影响，如修建水库，利用地表水灌溉，跨流域调水等，都会增加地下水的补给来源，致使地下水动态发生变化。三、地下水动态类型地下水动态类型的划分方法很多，根据动态形成的不同条件，不同目的，分类的方法不同。下面介绍的分类，是根据影响地下水动态的补给和排泄条件划分的。它适用于潜水和浅层承压水。(一)渗入蒸发型动态主要出现于干旱、半干旱的平原及山间盆地地区。潜水埋藏浅，水平径流微弱或呈停滞状态，排泄以蒸发消耗为主。降水及地表水入渗，引起水位抬升，水质淡化；伴随水位升高，埋深变小，蒸发加剧，
10、又使水位下降，随之蒸发减弱，进而水位趋于稳定，水质逐渐盐化。具有此类动态的潜水，称大陆盐化潜水。在这类地区进行灌溉时，须控制各种水源的渗入补给，防止潜水位升高，以预防或消除土壤盐碱化或沼泽化。(二)渗入径流型动态主要出现在山区及山前地带。潜水埋藏较深，蒸发微弱，排泄以水平径流消耗为主。伴随降水或地表水的入渗，地下水位抬高，地下水径流加强，径流排泄不断进行，水位变幅趋小，水位渐近稳定，表现为动态曲线平滑。由于盐分随径流排走，从长远看水质趋于淡化。属于溶滤潜水。这类地区不会产生盐碱化或沼泽化，但灌溉时应采取适当措施，防止灌溉水的渗漏损失。(三)渗入蒸发、径流型动态主要出现在湿润气候条件下的平原地区
11、。湿度大，蒸发弱；地形平坦，径流缓慢，故排泄通过径流和蒸发两个途径。但由于降水补给充沛，从长远看水质趋于淡化。上述分类还可进一步细分，如根据入渗条件再分为大气亚型、水文亚型；大气亚型又可分雨水型和融雪型等。第三节 地下水均衡一、地下水均衡的概念地下水均衡就是在一定时间间隔内，某地段地下水的补给和排泄之间的数量关系。进行均衡计算研究的地区称为均衡区。它最好是一个地下水流域。进行均衡计算选定的时间段，称为均衡期，可以是一个月、一年、也可是若干年。某一均衡区，在一定的均衡期内，地下水的收入大于支出，表现为地下水贮存量增加时，称为正均衡；反之，称为负均衡。地下水的均衡状况，最终反映在地下水的动态变化上
12、。所以可以说地下水动态是地下水均衡的外部表现；地下水均衡则是地下水动态的内在原因。动态变化是永恒的，绝对的；而均衡则是有条件的，相对的。二、全球的水均衡设 Zm 为海面及洋面的年蒸发量；Xm 为海面及洋面的年降水量；Zc 为陆面年蒸发量；Xc为陆面年降水量；Y 为地表水及地下水年径流量。如都采用多年平均值，单位皆用水层厚度(mm)表示，则在全球范围内(631)上式表明在全球范围内，多年平均蒸发量等于多年平均降水量。称水均衡方程式。对一个独立流域，它的水均衡方程式可以写成X=Z+Y (632)式中 X流域内年平均降水量；Z流域内年平均蒸发量； Y流出流域的年平均径流量。如流域为封闭的，则水均衡方
13、程为X=Z (633)三、均衡区的水均衡方程对一个具体的水均衡区来说，水均衡方程式即是该区一定时段(均衡期)内，水的收入量与支出量之间关系的数学表达式。均衡区内的收入项 A 一般包括：大气降水量 x、地表水流入量 Y1、地下水流入量 W1、凝结水量 Z1；支出项 B 一般包括：地表水流出量 Y2、地下水流出量 W2，蒸发量 E。在均衡期内，水的收入与支出之差，必然反映在储量变化V 上，则水均衡方程式为即 均衡区的水储量变化V 包括以下各部分：地表水变化量 H1、包气带水变化量 H2、潜水变化量 H( 为含水层给水度)，H 为潜水位在均衡期内的变幅。据此，水均衡方程式可写成为计算方便，方程式中各
14、项(H1、H2、H)单位皆用水层厚度(mm)表示。四、潜水均衡方程式潜水均衡方程式是表示一个均衡区在均衡期内，水量总的收支和分配情况，但它满足不了对地下水进行详细研究的需要。为了更详尽的表示潜水的均衡，特提出潜水均衡方程式(635)式中 潜水从邻区流入量；降水入渗补给潜水量；地表水体入渗补给潜水量；凝结水补给量；潜水越流补给量(正值)或排泄量(负值)；潜水流出量；潜水蒸发量；潜水向地表的排泄量；为潜水变化量。式中各项要素均采用水层厚度(mm)为单位。需指出，在水文地质条件不同的地区，均衡要素是不同的，即使同一地区，不同时期各项要素也可有所变化，则方程式表现为不同的形式，有些要素可略去，使方程简化。如能获取方程式中一些要素数值，即可推求未知要素。故可用来研究潜水的储量变化和预测水位。方程中各要素数据，可通过气象、水文及地下水监测部门(或均衡试验场)获取或测定，一些较专门性的要素(如越流量等)可进行专门性试验确定。在人工长期大量开采地下水地区，常出现负均衡，这就要求进行人工补给来补偿负均衡。否则就会出现大面积的地下水下降漏斗和形成区域性地下水位下降的严重后果，甚至导致水源涸竭。
