水文地质学基础第八章地下水系统.ppt

1、LOGOFundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础第八章第八章 地下水系统地下水系统 Groundwater system主讲教师：张卫民主讲教师：张卫民Company L 8.3 地下水流动系统地下水流动系统8.2 地下水含水系统地下水含水系统 8.1 地下水系统的概念地下水系统的概念v8.1.1 系统与系统方法系统与系统方法v系统：系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成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的具有特定功能的整体相相互互作作用用，相相互互依依赖赖不不是是各各部部分分或或零零部部件件的的简简单单堆堆集，

2、而是有规则的组织。集，而是有规则的组织。整体整体功能大于局部（要素）之和功能大于局部（要素）之和v系统方法：系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法用系统思想去分析与研究问题方法v系系统统思思想想：就就是是把把研研究究对对象象看看作作一一个个有有机机整整体体，从从整整体体角度去考察、分析与处理问题的方法角度去考察、分析与处理问题的方法v系统目标系统目标 ：系统整体功能的最优化（不是局部的）系统整体功能的最优化（不是局部的）1、地下水系统的概念、地下水系统的概念（1 1）地下水含水系统）地下水含水系统 Groundwater aquifer system Groundwater aquifer

3、system（2 2）地下水流动系统）地下水流动系统 Groundwater flow systemGroundwater flow system 地地下下水水含含水水系系统统是是指指有有隔隔水水或或相相对对隔隔水水岩岩层层圈圈闭闭的的，具具有有统一水力联系的含水岩系统一水力联系的含水岩系 地下水流动系统地下水流动系统是指从源到汇的流面群构成的，具有统一是指从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时空演变过程的地下水体2、地下水含水系统与地下水流动系统的比较、地下水含水系统与地下水流动系统的比较(1)两两者者的的共共同同点点:突突破破了了把把单单个个含含水水层层作作为为功功能能单

4、单元元的的传统，力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体传统，力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体潜水承压含水层潜水承压含水层流网图流网图bc(2)两者的不同点两者的不同点 含水系统含水系统 流动系统流动系统 根本不同根本不同 一个是静态系统一个是静态系统 一个是动态系统一个是动态系统 分类依据分类依据 根据储水构造划分根据储水构造划分 根据水的流动特征根据水的流动特征 以介质场为依据以介质场为依据 以渗流场为依据以渗流场为依据系统发育史系统发育史 共同的地质演变历史共同的地质演变历史 共同的地下水演变历史共同的地下水演变历史 地层形成史一致地层形成史一致 水的补给径流统一水的补给径流

5、统一边界性质边界性质 相对隔水的地质边界相对隔水的地质边界 流面流面(分水线分水线)水力边界水力边界 地质上的零通量面地质上的零通量面 水力零通量面水力零通量面系统的可变性系统的可变性 边界固定不变边界固定不变 边界可变边界可变,系统规模数目可变系统规模数目可变 静态的系统静态的系统 是可干扰的动态系统是可干扰的动态系统统一性统一性 统一的或潜在统一的统一的或潜在统一的 水量、盐量、热量时空演变统一的水量、盐量、热量时空演变统一的 水力联系水力联系 水流水流 研究意义研究意义 有助于从整体上研究有助于从整体上研究 有助于研究水量、水质有助于研究水量、水质 水量、盐量、热量的均衡水量、盐量、热量

6、的均衡 水温的时空演变水温的时空演变（3）两者的关系：两者的关系：通常，一个大的含水系统可以包含若干个流动系统通常，一个大的含水系统可以包含若干个流动系统 两者都可以进一步划分为子系统两者都可以进一步划分为子系统 分层次的分层次的子系统是不同、大的系统是一致的子系统是不同、大的系统是一致的 流流动动系系统统在在人人为为因因素素影影响响下下，规规模模、数数量量均均会会发发生生变变化化，但但新新的的流流动动系系统统受受到到大大的的含含水水系系统统边边界界的的制制约约，通常不会越出大的含水系统边界通常不会越出大的含水系统边界两者的关系III一、地下水含水系统概念（一、地下水含水系统概念（p8485）

7、地下水含水系统地下水含水系统是指有隔水或相对隔水岩层是指有隔水或相对隔水岩层圈圈闭的闭的，具有统一水力联系的含水岩系，具有统一水力联系的含水岩系 二、不同类型的含水系统二、不同类型的含水系统-（图（图8-5）松散沉积物松散沉积物基岩基岩裂隙岩层、岩溶地层裂隙岩层、岩溶地层8.3.1 地下水流动系统地下水流动系统（GFS）概念）概念地下水流动系统地下水流动系统是指是指从源到汇的流面群构成的，从源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的具有统一时空演变过程的地下水体。地下水体。v早早 在在 1940年年，赫赫 伯伯 特特（Hubbert）正正确确地地画画出出了河间地块流网。了河间地块流网。vA图

8、只考虑水平运动；图只考虑水平运动；vB还考虑垂直运动。还考虑垂直运动。河间地块流网图河间地块流网图子系统边界子系统边界流线流线中间中间GFS区域区域GFS局部局部GFS子系统边界子系统边界流动系统划分为：流动系统划分为：局部流动系统局部流动系统？个；中间流动系统个；中间流动系统？个；区域流动系统个；区域流动系统？个；个；1963年，托特（年，托特（J.Toth）用数学模型做了复杂盆地的潜水）用数学模型做了复杂盆地的潜水流网，并画出理想盆地的流动系统模拟图流网，并画出理想盆地的流动系统模拟图（1）区域水力连续性）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，从较长的时间尺度与较大的

9、空间尺度来考察问题，大范围内的地下水存在着水力联系大范围内的地下水存在着水力联系时间因素时间因素（2）控制地下水流动的是）控制地下水流动的是“势势”-地形，不是地质条件地形，不是地质条件从从水水力力学学角角度度看看，地地下下水水体体的的天天然然单单元元是是地地形形盆盆地地，而不是地质盆地。而不是地质盆地。驱驱动动水水流流的的势势来来自自区区域域地地形形高高处处，水水从从地地形形高高处处向向地地形低处运动。形低处运动。GFS的水动力特征的水动力特征v 高势区（势源）高势区（势源）地形高处：地形高处：地下水由上至下运动地下水由上至下运动v 低势区（势汇）低势区（势汇）地形低处：地形低处：地下水由低

10、向上运动地下水由低向上运动 垂向运动中：垂向运动中：由由上上至至下下，势势能能除除克克服服摩摩擦擦消消耗耗部部分分能能量量外外，势势能能压能转化；压能转化；由下至上，部分储存的压能释放转化为势能由下至上，部分储存的压能释放转化为势能垂垂向向运运动动的的存存在在：传传统统的的“承承压压”现现象象在在潜潜水水中中也也可可以出现。以出现。v 流动方向的多样性：流动方向的多样性：由上至下，由下至上，水平运动由上至下，由下至上，水平运动区域流动系统图GFS的水化学特征的水化学特征地下水流动系统的水力特征决定了水化学特征地下水流动系统的水力特征决定了水化学特征在流动系统中，水质取决于空间位置：在流动系统中

11、，水质取决于空间位置：入入渗渗水水质质；流流程程流流径径长长度度；流流速速；流流动动过过程中物质补充及迁移性；程中物质补充及迁移性；流程中经受的水化学作用流程中经受的水化学作用局局部部：流流程程短短，流流速速快快（交交替替快快），TDS TDS 低低，水水型型简简单单，氧氧化化环环境，溶滤作用。境，溶滤作用。区区域域：流流程程长长，流流速速慢慢（交交替替迟迟缓缓），TDS TDS 高高，水水型型复复杂杂，浅浅部部氧氧化化环环境境，深深部部还还原原环环境境，溶溶滤滤作作用用、脱脱硫硫酸酸作作用用，脱脱碳碳酸酸作作用用，阳离子交替吸附作用。阳离子交替吸附作用。垂直与水平分带性垂直与水平分带性 水化

12、学积聚区水化学积聚区相汇处相汇处，水动力圈闭带，水动力圈闭带，相背处相背处 准滞流带，准滞流带，矿化度，水型与水学形成作用方式，与水矿化度，水型与水学形成作用方式，与水力特征相关一致力特征相关一致区域流动系统图局部：局部：流程短，流速快（交替快），流程短，流速快（交替快），TDS TDS 低，水型简单低，水型简单区域：区域：流程长，流速慢（交替迟缓），流程长，流速慢（交替迟缓），TDS TDS 高，水型复杂高，水型复杂垂直与水平分带性垂直与水平分带性水化学积聚区水化学积聚区相汇处相汇处，水动力圈闭带，水动力圈闭带，相背处相背处 准滞流带准滞流带GFS的水温度特征的水温度特征 地温分布曲线受水流

13、作用影响地温分布曲线受水流作用影响n排泄区，上升水流使地温梯度变大排泄区，上升水流使地温梯度变大n补给区，下降水流使地温梯度变小补给区，下降水流使地温梯度变小n地地下下水水流流动动系系统统理理论论其其实实质质是是以以地地下下水水流流网网为为工工具具，以以势势场场介介质质场场的的分分析析为为基基础础。将将渗渗流流场场、水水化化学学场场、温温度度场场统统一于新的地下水一于新的地下水流动系统概念框架流动系统概念框架之中之中n将将传传统统认认为为互互不不相相关关联联的的地地下下水水各各方方面面的的表表现现联联系系在在一一起起，纳纳入入到到一一个个有有序序的的地地下下水水空空间间与与时时间间连连续续演演

14、变变的的结结构构之之中中，有有助助于于人人们们从从整整体体上上把把握握地地下下水水质质与与量量特特征征、地地下下水水系系统统与环境之间与环境之间联系联系 -这一分析方法叫做这一分析方法叫做地下水系统方法地下水系统方法地下水流动系统图地下水流动系统图 第八章结束第八章结束区域流动系统图v一个地形复一个地形复杂地区，是杂地区，是否发育多级否发育多级流动系统，流动系统，主要取决于主要取决于哪些因素源哪些因素源汇的汇的I、Kv阅读图阅读图8-12，理解控制，理解控制地下水流动地下水流动系统的因素系统的因素Company L 8.3 地下水流动系统地下水流动系统8.2 地下水含水系统地下水含水系统 8.1 地下水系统的概念地下水系统的概念