20. 地下水均衡在线视频

同学们好

这次课

我们学习地下水的均衡

主要从以下五方面来学习

我们先来看地下水均衡的概念

某一时间段内

某一地区的地下水水量

盐量、热量、能量的收支状况

称为地下水均衡

地下水均衡

是以地下水为对象的均衡研究

目的是计算某一地区

在某一时期内

水量收入与支出的定量关系

我们进行地下水均衡研究

要分析均衡的收入项与支出项

列出均衡方程式

均衡方程式的一般表达形式为

收入项A减去支出项B

等于均衡时段内

均衡区的水量变化量ΔW

其均衡结果表现为

正均衡或负均衡

反映在实际中

可以表现为以下形式

当含水层的补给水量

大于排泄水量时

储存水量增加，地下水位上升

当补给量小于排泄量时

储存水量减少

地下水位下降

盐量、热量、能量的收支不平衡

会使地下水水质、水温或水位

发生相应的变化

总的来讲

含水系统水量、盐量

热量、能量的收支不平衡

会引起含水系统各要素

随时间的变化

这也反映了

地下水均衡与动态的关系

动态是均衡的外部表现

均衡则是动态的内部原因

在描述均衡方程式时

我们说到了均衡区、均衡期

以及正均衡和负均衡

这些就是我们这里要讲的均衡要素

所谓均衡区

就是进行均衡计算

所选定的地区

最好选取具有隔水边界的

完整的地下含水系统

进行均衡计算的时段

就称为均衡期

它可以是若干年

一年也可以是一段时间

某一均衡区在一定均衡期内

地下水水量或盐量

热量的收入大于支出

表现为地下水储存量

或盐储量、热储量的增加

称为正均衡

而支出大于收入

地下水储存量

或盐储量热储量减少

称为负均衡

严格来讲

地下水均衡的研究

应包括我们前面讲到的水量

水温和水质均衡

三方面的内容

但是目前

我们对后两项的研究

还是不够成熟

多限于水均衡的研究

而且主要是潜水地下水水量均衡

我们来看潜水地下水均衡方程

一般来讲

潜水的收入项A包括

降水入渗补给量Xf

地表水入渗补给量Yf、凝结水补给量Zc

上游断面潜水流入量Wu1

及下伏承压含水层

越流补给潜水的水量Qt

潜水支出项B包括含土壤蒸发

液面蒸发在内的

潜水蒸发量Zu

潜水以泉或泄流形式的排泄量Qd

以及下游断面流出量Wu2

而均衡期潜水储存变化量

表示为μ·ΔH

这里的μ是给水度

ΔH为均衡区潜水的水位变幅

因此潜水均衡方程式的

一般形式

可以用这个公式来表示

它反映的物理意义是

某均衡区在一定均衡期内

总补给量与总消耗量之差

等于储存量的变化量

在一定条件下

某些均衡项是可以取消的

例如在干旱半干旱平原区

凝结水补给很少

凝结水补给量

Zc可以忽略不计

由于平原区地形切割微弱

径流滞缓

径流排泄很小

上游断面潜水流入量Wu1

下游断面流出量Wu2

以及潜水与泉

或泄流形式的排泄量Qd也可以

从方程式中消除

无越流时

下伏承压含水层

越流补给给潜水的水量

Qt也不存在

再去掉上面各项后

方程式可简化为降水入渗补给Xf

加上地表水入渗补给Yf

减去潜水蒸发量Zu

等于潜水储存变化量μ·ΔH

在多年均衡条件下

潜水储存的变化量等于0

则潜水入渗补给量Xf

加上地表水入渗补给量Yf

就等于潜水蒸发量Zu

这就是典型的干旱半干旱

平原潜水的均衡方程

它表示了

入渗补给潜水的水量

全部消耗于蒸发

典型的湿润山区

可以认为

入渗补给的水量

全部以径流形式排泄

他的潜水均衡方程式

可以表示为

降水入渗补给Xf

加上地表水入渗补给Yf

就等于潜水与泉

或泄流形式的排泄量Qd

我们再来看人类活动

影响下的地下水均衡

研究人类活动影响下的地下水均衡

可以帮助我们定量评价人类活动

对地下水动态的影响

预测其水量水质的变化趋势

并据此提出

调控地下水动态的措施

使之朝向对人类有利的方向发展

例如为了防治土壤次生盐渍化

克雷洛对苏联中亚某灌区

进行了潜水均衡研究

得出该区潜水均衡方程为

潜水储存变化量

μΔH等于灌区水

及田面灌水入渗补给潜水的水量

f1、Xf以及下伏承压含水层

越流补给潜水的水量Qt之和

减去潜水蒸发量Zu

即通过排水沟

排走的潜水水量Q

其中灌渠水及田面灌水

入渗补给潜水的水量

通过排水沟排走的潜水水量

则体现了人类活动

对地下水均衡的影响

我们可以通过定量计算评价

这些对地下水动态的影响

预测变化趋势

并据此提出有益的措施

最后我们再来看一下

大区域地下水均衡研究

需要注意的问题

从供水角度出发

可供长期开采利用的水量

便是含水系统

从外界获得的

多年平均年补给量

对于大的含水系统

除了统一求算补给量

有时往往还需要

分别求算

含水系统部分的补给量

此时应注意避免上、下游之间

潜水、承压水之间

以及地表水与地下水之间的

水量重复计算

我们以堆积平原孔隙含水系统

地下水的均衡模式

分析为例

这张图展示了

堆积平原孔隙含水系统

我们可以把它分为

山前冲洪积平原

冲积湖积平原的潜水层

及冲积湖积平原的深水层

三个部分

来进行水均衡模式分析

我们可以分别写出

这三个区域的水量均衡方程式

这里W1、W2、W3

分别为山前平原上、下游断面积

及冲积平原

下游断面地下水的流入流出量

Qt为深层水越流补给

浅层水的水量

而整个含水系统的

水量均衡方程式

则可以表示为这样一个方程

从前面三个均衡方程式的叠加

和最后得到的水量方程式进行对比

我们知道这不是简单的叠加

如果简单的将含水系统各部分

均衡式水量收入项累加

则显然比整个系统的

水量收入相多了

山前平原下游断面地下水流出量W2

和越流量Qt两项

从图中很容易看出

冲积平原承压水

并没有独立的补给项

它的收入项W2

就是山前平原潜水支出项之一

将山前平原潜水的水量平衡方程式

改写一下

不难看出

W2是由山前平原补给量的

一部分转化而来

将冲积平原承压水的

水量平衡方程式

改写一下

同样可以得出

冲积平原潜水的收入项

Qt是由W2的一部分转化而来

归根到底是由山前平原

潜水补给量转化的

所以山前平原下游断面

地下水流出量W2

和越流量Qt两项都属于

堆积平原含水系统内部

发生的水量转换

而不是含水系统

与外部之间发生的水量转换

我们还要注意在开采条件下

含水系统内部

及其与外界之间的水量转换

将发生一系列变化

假定单独开采山前平原的潜水

则此部分水量均衡

将产生以下变化

随着潜水位下降

地下水不再溢出成泉

潜水以泉或泄流形式的

排泄量Qd=0

与冲积平原间水头差变小

山前平原流入冲积平原的

水量W2减小

随着水位下降

蒸发减弱

山前平原蒸发量Zu1变小

雨山区地下水水头差变大

山区地下水流入量W1增加

地表水与地下水水头差变大

地表水入渗补给量Yf1增大

潜水浅埋带水位变深

有利于吸收降水

可能使降水入渗补给量Xf1

增加结果是

山前平原潜水补给量增加

排泄量减少

与此同时

对地表水及邻区地下水的均衡

产生下列影响

W2减少及相应的Qt减少

使冲积平原承压水

及潜水补给量减少

W1增大

使山区排泄量增大

Xf1及Yf1增大

使地表径流量减少

从而使冲积平原潜水收入项

Yf2变小

通过上述分析

我们要知道

在进行大区域水均衡研究时

必须仔细查清

上、下游

潜水和承压水

地表水与地下水之间的

水量转化关系

否则将导致水量重复计算

人为的夸大可开采利用的水量

这次课就讲到这里

我们下次再见