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1、Fundamentals of Hydrogeology 水文地质学基础,第八章 地下水系统 Groundwater system,主讲教师：张卫民,Company Logo,8.3 地下水流动系统,8.2 地下水含水系统,本章内容,8.1 地下水系统的概念,8.1 地下水系统的概念,8.1.1 系统与系统方法系统：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相互作用，相互依赖不是各部分的简单堆集，而是有规则的组织。整体功能大于局部（要素）之和系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法系统思想：就是把研究对象看作一个有机整体，从整体角度去考察、分析与处理问题的方法系统目标 ：系
2、统整体功能的最优化（不是局部的）,8.1.2 地下水系统,1、地下水系统的概念（1）地下水含水系统 (Groundwater aquifer system) 指有隔水或相对隔水边界圈闭的，由含水层和相对隔水层组合而成的，内部具有统一水力联系的赋存地下水的岩系 。 （2）地下水流动系统 (Groundwater flow system) 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。2、地下水含水系统与地下水流动系统的比较（1）两者的共同点: 突破了把单个含水层作为功能单元的传统，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,流网图,潜水与承压含水层含水系统,河间地块流
3、网与流动系统,系统的比较,（2）两者的不同点 含水系统 流动系统 根本不同 一个是静态系统 一个是动态系统 分类依据 根据储水构造划分 根据水的流动特征 以介质场为依据 以渗流场为依据系统发育史 共同的地质演变历史 共同的地下水演变历史 地层形成史一致 水的补给径流统一边界性质 相对隔水的地质边界 流面(分水线)水力边界 地质上的零通量面 水力零通量面系统的可变性 边界固定不变 边界可变,系统规模数目可变 静态的系统 是可干扰的动态系统统一性 统一的或潜在统一的 水量、盐量、热量时空演变统一的 水力联系 水流 研究意义 有助于从整体上研究 有助于研究水量、水质 水量、盐量、热量的均衡 水温的时
4、空演变,系统的比较,（3） 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 两者都可以进一步划分为子系统 分层次的子系统是不同,但大的系统是一致的 流动系统在人为因素影响下，规模、数量均会发生变化，但新的流动系统受到大的含水系统边界的制约，通常不会越出大的含水系统边界,两者的关系,地下含水系统与流动系统的关系,Company Logo,8.2 地下水含水系统,一、概念 指有隔水或相对隔水边界圈闭的，由含水层和相对隔水层组合而成的，内部具有统一水力联系的赋存地下水的岩系二、不同类型的含水系统松散沉积物含水系统基岩含水系统裂隙岩层、岩溶地层,Company Logo,8.3 地下水流动
5、系统,8.3.1 地下水流动系统（GFS）概念地下水流动系统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。早在1940年，赫伯特（Hubbert）正确地画出了河间地块流网。A图只考虑水平运动；B还考虑垂直运动。,河间地块流网图,流动系统划分为：,局部流动系统？个；中间流动系统？个；区域流动系统？个；,1963年，托特（J.Toth ）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,GFS理论的两个前提：,（1）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， 大范围内的地下水存在着水力联系时间因素（2）控制地下水流动的是“势”-地形，不是地质条件从水
6、力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆地，而不是地质盆地。驱动水流的势来自区域地形高处，水从地形高处向地形低处运动。,8.3.2 GFS的水动力特征,GFS的水动力特征 高势区（势源）地形高处：地下水由上至下运动 低势区（势汇）地形低处：地下水由下向上运动 垂向运动中：由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能压能转化；由下至上，部分储存的压能释放转化为势能垂向运动的存在：传统的“承压”现象在潜水中也可以出现。 流动方向的多样性：由上至下，由下至上，水平运动,区域流动系统图,8.3.3 GFS的水化学特征,GFS的水化学特征地下水流动系统的水动力特征决定了水化学特征在流动系统中，水质取决于空
7、间位置，其原因： 入渗水质；流程流径长度；流速；流动过程中物质补充及迁移性；流程中经受的水化学作用局部：流程短，流速快（交替快），TDS 低，水型简单，氧化环境，溶滤作用。区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS 高，水型复杂，浅部氧化环境，深部还原环境，溶滤作用、脱硫酸作用，脱碳酸作用，阳离子交替吸附作用。存在垂直与水平分带性 水化学积聚区相汇处 ，水动力圈闭带， 相背处 准滞流带，矿化度，水型与水学形成作用方式，与水动力特征相一致,区域流动系统图,局部：流程短，流速快（交替快），TDS 低，水型简单区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS 高，水型复杂垂直与水平分带性,地下水流动系统中的水
8、质演变,区域地下水流动及其伴生标志,水化学积聚区相汇处 ，水动力圈闭带; 相背处 准滞流带,4,3,8.3.3 GFS的水温特征,GFS的水温度特征 地温分布曲线受水流作用影响排泄区，上升水流使地温梯度变大补给区，下降水流使地温梯度变小,地下水流动系统的总结,地下水流动系统理论其实质是以地下水流网为工具，以势场介质场的分析为基础。将渗流场、水化学场、温度场统一于新的地下水流动系统概念框架之中将传统认为互不相关的地下水各方面的表现联系在一起，纳入到一个有序的地下水空间与时间连续演变的结构之中，有助于人们从整体上把握地下水质与量特征、地下水系统与环境之间联系 -这一分析方法叫做地下水系统方法地下水流动系统图,区域流动系统图,思考题,一个地形复杂地区，是否发育多级流动系统?主要取决于哪些因素?,Company Logo,8.3 地下水流动系统,8.2 地下水含水系统,本章内容,8.1 地下水系统的概念,
