地下水系統(tǒng)解讀課件

1、第八章 地下水系統(tǒng)（Groundwater system)8.1 地下水系統(tǒng)的概念8.2 地下水含水系統(tǒng)8.3 地下水流動系統(tǒng)第一節(jié) 地下水系統(tǒng)的概念源于：系統(tǒng)論上世紀(jì)40年由貝塔朗菲提出發(fā)展于20世紀(jì)80年代，在荷蘭召開了首屆關(guān)于地下水系統(tǒng)的國際學(xué)術(shù)討論會（50個國家的200多名代表參加）83年底荷蘭水文與地質(zhì)學(xué)家G.B.Engelen來華進行了講學(xué)，“地下水系統(tǒng)”（在地質(zhì)大學(xué)、河北正定水文所、北京水文地質(zhì)公司）。90年代起：在中國水文地質(zhì)學(xué)界得以迅速廣泛的應(yīng)用、研究與完善（地礦部陳夢熊院士，長春地院的林學(xué)鈺院士，中國地質(zhì)大學(xué)的地下水系統(tǒng)小組等）一、系統(tǒng)與系統(tǒng)方法系統(tǒng)：由相互作用和相互依賴的

2、若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的整體相互作用，相互依賴不是各部分或零部件的簡單堆集整體功能大于局部（要素）之和系統(tǒng)方法：用系統(tǒng)思想去分析與研究問題方法稱之系統(tǒng)思想：就是把研究對象看作一個有機整體，從整體角度去考察、分析與處理問題的方法系統(tǒng)目標(biāo) 系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化（不是局部的）二、地下水系統(tǒng)1、地下水系統(tǒng)是個廣義的泛指概念（1）地下水含水系統(tǒng) Groundwater aquifer system （2）地下水流動系統(tǒng) Groundwater flow system地下水含水系統(tǒng)是指有隔水或相對隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系 地下水流動系統(tǒng)是指從源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時空

3、演變過程的地下水體2、地下水含水系統(tǒng)與地下水流動系統(tǒng)的比較a.兩者的共同點:突破了把單個含水層作為功能單元的傳統(tǒng)力求以系統(tǒng)的觀點去考察、分析與處理地下水體b.兩者的不同比較 含水系統(tǒng) 流動系統(tǒng)根本不同 一個是靜態(tài)系統(tǒng) 一個是動態(tài)系統(tǒng) 分類依據(jù) 根據(jù)儲水構(gòu)造劃分的 根據(jù)水的流動特征 以介質(zhì)場為依據(jù) 以滲流場為依據(jù)系統(tǒng)發(fā)育史 共同的地質(zhì)演變歷史 共同的地下水演變歷史 地層形成史一致 水的補給徑流統(tǒng)一邊界性質(zhì) 相對隔水的地質(zhì)邊界 流面(分水線)構(gòu)成水力邊界 地質(zhì)上的零通量面 水力零通量面系統(tǒng)的可變性 邊界固定不變 邊界可變,系統(tǒng)規(guī)模數(shù)目變 不變靜態(tài)的系統(tǒng) 是可干擾的動態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)一性 統(tǒng)一的或潛在統(tǒng)一的

4、 水鹽熱量時空演變是統(tǒng)一的 水力聯(lián)系研究意義 有助于從整體上研究 有助于研究水量、水質(zhì) 水量鹽量、熱量的均衡 水溫的時空演變(尤其水質(zhì)) c.兩者的關(guān)系： 通常，一個大的含水系統(tǒng)可以包含若干個流動系統(tǒng) 兩者都可以進一步劃分為子系統(tǒng)分層次的：子系統(tǒng)是不同、大的系統(tǒng)是一致的流動系統(tǒng)在人為流動影響下，規(guī)模、數(shù)量均會發(fā)生變化受到大的含水系統(tǒng)邊界的、制約，通常不會越出大的含水系統(tǒng)邊界III地下含水系統(tǒng)與流動系統(tǒng)的關(guān)系第三節(jié) 地下水流動系統(tǒng) Groundwater flow systems(GFS)一、地下水流動系統(tǒng)(GFS)概念 地下水流動系統(tǒng)是指從源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時空演變過程的地下水體早

5、在1940年，Hubbert正確地畫出了河間地塊流網(wǎng)1963年，J.Toth 用數(shù)學(xué)模型做了復(fù)雜盆地的潛水流網(wǎng)以拉普拉斯方程為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)解，二維穩(wěn)定流動, 復(fù)雜地形條件：正弦函數(shù)+直線方程地形線代替水頭值（勢分布）畫出理想盆地的流動系統(tǒng)模擬圖，P87，圖8-7 GFS理論的兩個前提：（1）區(qū)域水力連續(xù)性從較長的時間尺度與較大的空間尺度來考察問題廣大范圍內(nèi)的地下水存在著水力聯(lián)系時間因素（2）控制地下水流動的是“勢”（地形），不是地質(zhì)條件Toth認為：從水力學(xué)角度看，地下水體的天然單元是地形盆地，而不是地質(zhì)盆地驅(qū)動水流的勢來自區(qū)域地形高處，水從地形高處向地形低處運動子系統(tǒng)邊界流線中間GFS區(qū)域GF

6、S局部GFS流動系統(tǒng)劃分為：局部流動系統(tǒng)-4；中間流動系統(tǒng)-5；區(qū)域流動系統(tǒng)-6；第三節(jié) 地下水流動系統(tǒng)二、GFS的水動力特征高勢區(qū)（勢源）地形高處：地下水由上至下運動低勢區(qū)（勢匯）地形低處：地下水由低向上運動垂向運動中：由上至下，勢能除克服摩擦消耗部分能量外，勢能壓能轉(zhuǎn)化；由下至上，部分儲存的壓能釋放轉(zhuǎn)化為勢能垂向運動的存在：傳統(tǒng)的“承壓”現(xiàn)象在潛水中也可以出現(xiàn)流動方向的多樣性：由上至下，由下至上，水平運動流動特征的伴生現(xiàn)象-生態(tài)、環(huán)境的關(guān)系第三節(jié) 地下水流動系統(tǒng)三、GFS的水化學(xué)特征地下水流動系統(tǒng)的水力特征決定了水化學(xué)特征在流動系統(tǒng)中，水質(zhì)取決于空間某點：入滲補給；流程流徑長度；流速；流動

7、過程中物質(zhì)補充及遷移性；流程中經(jīng)受的水化學(xué)作用局部：流程短，流速快（交替快），M低，水型簡單區(qū)域：流程長，流速慢（交替遲緩），M高，水型復(fù)雜垂直與水平分帶性水化學(xué)積聚區(qū)：相匯處 圈閉帶，相背處 準(zhǔn)滯流帶礦化度，水型與水學(xué)形成作用方式，與水力特征相關(guān)一致地下水流動系統(tǒng)中的水質(zhì)演變區(qū)域地下水流動及其伴生標(biāo)志第三節(jié) 地下水流動系統(tǒng)四、GFS的水溫度特征 地溫分布曲線受 水流作用影響上升水流產(chǎn)生正增溫下降水流產(chǎn)生負增溫 地下水流動系統(tǒng)的總結(jié)地下水流動系統(tǒng)理論其實質(zhì)是以地下水流網(wǎng)為工具，以勢場介質(zhì)場的分析為基礎(chǔ)。將滲流場、水化學(xué)場、溫度場統(tǒng)一于新的地下水流動系統(tǒng)概念框架之中。將傳統(tǒng)認為互不相關(guān)聯(lián)的地下水

8、各方面的表現(xiàn)聯(lián)系在一起，納入到一個有序的地下水空間與時間連續(xù)演變的結(jié)構(gòu)之中，有助于人們從整體上把握地下水質(zhì)與量特征、地下水系統(tǒng)與環(huán)境之間聯(lián)系 -這一分析方法叫做地下水系統(tǒng)方法地下水流動系統(tǒng)圖 第七章結(jié)束 地下水含水系統(tǒng)流動系統(tǒng)圖片欣賞含水系統(tǒng) Aquifer System 流動系統(tǒng) Groundwater Flow System 均質(zhì)各向性潛水盆地中的理論流動系統(tǒng)層狀非均質(zhì)介質(zhì)中的地下水流動系統(tǒng)Groundwater Flow SystemFlow linesConfining bedsWellsWater tableMillenniaCenturiesDecadesYearsDaysDisc

9、hargeareaUnconfinedaquifer ConfinedaquifersGroundwater Flow SystemYearsDaysDischargeareaWellsWater tableUnconfinedaquifer ConfinedaquifersFlow linesConfining bedsGroundwater Flow SystemDecadesYearsDaysDischargeareaWellsWater tableUnconfinedaquifer ConfinedaquifersFlow linesConfining bedsGroundwater Flow SystemCenturiesDecadesYearsDaysDischargeareaUnconfinedaquifer ConfinedaquifersWellsWater tableFlow linesConfining bedsGroundwa