第八章-地下水系统课件.ppt
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- 第八 地下水 系统 课件
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1、第八章第八章 地下水系统地下水系统o 主要内容主要内容:了解地下水系统相关概念的形成,掌握:了解地下水系统相关概念的形成,掌握地地下水含水系统与流动系统的概念、划分方法与两者的关下水含水系统与流动系统的概念、划分方法与两者的关系,流动系统划分意义系,流动系统划分意义;掌握地下水流动系统的;掌握地下水流动系统的渗流场渗流场特征特征,了解流动系统的化学场与温度场的特征;学习利,了解流动系统的化学场与温度场的特征;学习利用地下水流动系统理论分析地下水流的特征方法。用地下水流动系统理论分析地下水流的特征方法。o 重难点重难点:掌握地下水含水系统与流动系统的概念和划:掌握地下水含水系统与流动系统的概念和
2、划分;重点掌握地下水流动系统的层次性;学习利用地下分;重点掌握地下水流动系统的层次性;学习利用地下水流动系统图分析问题的方法。水流动系统图分析问题的方法。o 8.1 系统的概念o 8.2 地下水系统o 8.3 地下含水系统o 8.4 地下水流动系统 8.4.1地下水流动系统的水动力特征 8.4.2地下水流动系统的水化学特征 8.4.3地下水流动系统的水温度特征一、系统的提出一、系统的提出 一般系统论一般系统论,是二十世纪,是二十世纪40年代贝塔朗菲(年代贝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy)提出来的。)提出来的。二十世纪特别是本世纪二十世纪特别是本世纪5060年代在应用年代在
3、应用系统工程系统工程解决复杂解决复杂问题取得重大成功。问题取得重大成功。系统系统:由:由相互作用和相互依赖相互作用和相互依赖的的若干组成部分若干组成部分结合而成结合而成的的具有特定功能具有特定功能的的整体整体钱学森等,钱学森等,1978 相互作用,相互依赖相互作用,相互依赖不是各部分或零部件的简单堆集,不是各部分或零部件的简单堆集,整整 体体其功能大于局部(要素)之和,其功能大于局部(要素)之和,Integral elements。第八章第八章 地下水系统地下水系统 8.1系统概念系统概念二、系统与系统方法二、系统与系统方法 系统方法系统方法:用系统思想去分析与研究问题的方法。:用系统思想去分
4、析与研究问题的方法。系统思想系统思想:就是把:就是把研究对象看作一个有机整体研究对象看作一个有机整体,从,从整体角度整体角度去考察、分析与处理问题的方法。去考察、分析与处理问题的方法。一个系统,不仅内部诸要素存在着相互作用,而且与外一个系统,不仅内部诸要素存在着相互作用,而且与外部环境发生相互作用。部环境发生相互作用。以系统为对象以系统为对象,系统接受或向环境产生的物质能量或信息,系统接受或向环境产生的物质能量或信息称为输称为输入与输出(图入与输出(图8-1)。)。以系统为作用对象以系统为作用对象,环境对系统的作用与系统对环境的反作用称,环境对系统的作用与系统对环境的反作用称为激励与响应(图为
5、激励与响应(图8-2)。)。第八章第八章 地下水系统地下水系统-8.1系统概念系统概念图图81系统的输入与输出系统的输入与输出图图82系统的激励和响应系统的激励和响应第八章第八章地下水系统地下水系统-8.1系统概念系统概念第八章第八章地下水系统地下水系统-8.2地下水系统概念地下水系统概念一、地下水系统概念的产生一、地下水系统概念的产生找水,确定井位以打出水量足找水,确定井位以打出水量足够大的井够大的井随着开采地下水规模的增长,随着开采地下水规模的增长,采水采水井群井群使周边地下水下降,影响波及使周边地下水下降,影响波及的含水层范围随时间延续不断扩展的含水层范围随时间延续不断扩展从地下水的研究
6、历史看从地下水的研究历史看一口井附近小范围的含水层一口井附近小范围的含水层扩展到整个含水层扩展到整个含水层地下含水系统与地下水资源地下含水系统与地下水资源地下水系统只是其中一个组成部分的环境生态系统。换句话说,地下水系统只是其中一个组成部分的环境生态系统。换句话说,人们心目中的研究对象是一个愈来愈复杂的系统。人们心目中的研究对象是一个愈来愈复杂的系统。“越流越流”的发生:若干个含水层连同的发生:若干个含水层连同其间的弱透水层(相对隔水层)看其间的弱透水层(相对隔水层)看做一个单元(系统)做一个单元(系统)大规模开发利用地下水,导致地面沉降、大规模开发利用地下水,导致地面沉降、海水入侵、淡水咸化
7、、土壤沙化、植被衰海水入侵、淡水咸化、土壤沙化、植被衰退等一系列与地下水有关的环境生态问题。退等一系列与地下水有关的环境生态问题。地下水流动系统地下水流动系统 地下水系统是个广义的泛指概念,不同学者从不同研究角度给出了地下水系统是个广义的泛指概念,不同学者从不同研究角度给出了各种定义,归纳起来可划分为各种定义,归纳起来可划分为二大类:地下水含水系统和地下水流动系二大类:地下水含水系统和地下水流动系统统。地下水含水系统地下水含水系统:是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的,具有:是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的,具有统一水力联系的统一水力联系的含水岩系含水岩系。一个含水系统往往由一个含水系统往往由若干含水
8、层和相对隔水层(若干含水层和相对隔水层(弱透水层)弱透水层)组成。组成。含水系统中的地下水呈现含水系统中的地下水呈现统一水力联系统一水力联系。地下水流动系统地下水流动系统:是指由:是指由源到汇的流面群源到汇的流面群构成的,具有构成的,具有统一统一时空演变过程时空演变过程的的地下水体地下水体。二、地下水系统的概念二、地下水系统的概念第八章第八章 地下水系统地下水系统-8.2地下水系统概念地下水系统概念 含水系统与流动系统是含水系统与流动系统是内涵不同的两类地下水系统内涵不同的两类地下水系统,但也有其共同之点。但也有其共同之点。(1)两者的共同点)两者的共同点 突破了把突破了把单个含水层作为功能单
9、元单个含水层作为功能单元的传统观点的传统观点 (systemaquifer)单个含水层单个含水层包含若干含水层与相对隔水层的整体包含若干含水层与相对隔水层的整体 地质边界地质边界 以地下水流作为研究实体以地下水流作为研究实体 力求以力求以系统的观点系统的观点去考察、分析与处理地下水体去考察、分析与处理地下水体 三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较含水系统含水系统流动系统流动系统根本不同根本不同静态系统静态系统动态系统动态系统分类依据分类依据根据储水构造划分的,根据储水构造划分的,以以介质场介质场为依据为依据根据水的流动特征,根据水的流动特征,以以渗流
10、场渗流场为依据为依据统一性统一性统一的或潜在统一的水力统一的或潜在统一的水力联系联系水量、盐、热量水量、盐、热量在时空演变上是统一的在时空演变上是统一的边界性质边界性质隔水与相对隔水的地质边隔水与相对隔水的地质边界,地质零通量界,地质零通量流面(分水线)构成的水力边界,流面(分水线)构成的水力边界,水力零通量面水力零通量面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,地层形成史一致地层形成史一致共同的地下水演变历史,共同的地下水演变历史,水的补给径流统一水的补给径流统一系统的可变性系统的可变性边界固定不变,系统规模边界固定不变,系统规模数量不变的静态系统数量不变的静态系统边界可变
11、,系统规模数目可变,边界可变,系统规模数目可变,易受干扰的动态系统易受干扰的动态系统三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较三、地下水含水系统与地下水流动系统的比较(2)两者的区别)两者的区别 研究意义研究意义:含水系统有助于从整体上研究水量、盐量、:含水系统有助于从整体上研究水量、盐量、热量的热量的均衡均衡;流动系统有助于研究水量、水质、水温的;流动系统有助于研究水量、水质、水温的时时空演变(空演变(尤其是水质)尤其是水质)(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(图通常,一个大的含水系统可以包含若干个流动系统(图8-3,A,B)两者都可以进一步划分为子系统
12、,子系统层次上,两者可以重叠两者都可以进一步划分为子系统,子系统层次上,两者可以重叠(图(图8-3,A,B与与I、II的关系)的关系)流动系统在人为活动影响下,其规模、数量均会发生变化,变化受流动系统在人为活动影响下,其规模、数量均会发生变化,变化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。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。(图(图8-4)图图83地下水含水系统与地下水流动系统地下水含水系统与地下水流动系统1隔水基底;2相对隔水层(弱透水层);3透水层;4地下水位;5流线;6子含水系统边界;7流动系统边界;8子系统代号;9子流动系统代号,、分别为B流动系统的
13、区域的中间的与局部的子流动系统图图84人为影响下地下水流动系统与含水层系统的关系人为影响下地下水流动系统与含水层系统的关系1隔水基底;2相对隔水层(弱透水层);3透水层;4地下水开采中心;5地下水位;6流线;7子含水层系统界线;8子含水层系统代号 控制控制含水系统发育的,主要是地质结构含水系统发育的,主要是地质结构(沉积、构造、(沉积、构造、地质发展史),而控制地下水流动系统发育,主要是水势地质发展史),而控制地下水流动系统发育,主要是水势场。在天然条件下,场。在天然条件下,自然地理因素自然地理因素(地形、水文、气候)(地形、水文、气候)控制着势场,因而是控制着势场,因而是控制流动系统的主要因
14、素控制流动系统的主要因素。l 含水系统的发育主要受到地质构造的控制。含水系统的发育主要受到地质构造的控制。l 含水系统在概念上是含水层的扩大,因此,关于含水层含水系统在概念上是含水层的扩大,因此,关于含水层的许多概念均可应用于含水系统。的许多概念均可应用于含水系统。l 含水系统分类:含水系统分类:松散沉积物与坚硬基岩中含水系统松散沉积物与坚硬基岩中含水系统第八章第八章 地下水系统地下水系统-8.3地下水含水系统地下水含水系统一一.地下水含水系统地下水含水系统图图85不同类型的含水系统不同类型的含水系统1基岩隔水层;基岩隔水层;2基岩透水层;基岩透水层;3松散沉积物相对隔水层;松散沉积物相对隔水
15、层;4松散沉积物透水层;松散沉积物透水层;5导水层;导水层;6地下水位;地下水位;7地下水流向,箭头愈大,表示径流愈强;地下水流向,箭头愈大,表示径流愈强;8泉泉 松散沉积物构成的含水系统发育于松散沉积物构成的含水系统发育于近代构造沉降的堆近代构造沉降的堆积盆地之中积盆地之中,其,其边界边界通常为不透水的坚硬基岩通常为不透水的坚硬基岩(图(图8-5a)。)。含水系统内部一般不存在完全隔水的岩层,含水系统内部一般不存在完全隔水的岩层,仅有粘土仅有粘土亚粘土层等构成的相对隔水层亚粘土层等构成的相对隔水层,并包含若干由相对隔水,并包含若干由相对隔水层分隔开的层分隔开的含水层含水层(图(图8-5a)。
16、)。含水层之间既可以通过含水层之间既可以通过“天窗天窗”,也可以通过相对隔水也可以通过相对隔水层层越流越流产生广泛的水力联系。产生广泛的水力联系。二、松散含水系统二、松散含水系统 第八章第八章 地下水系统地下水系统-8.3地下水含水系统地下水含水系统三、基岩含水系统三、基岩含水系统 基岩构成的含水系统总是发育于一定的基岩构成的含水系统总是发育于一定的地质构造地质构造之中,之中,或是或是褶皱褶皱,或是,或是断层断层,更多的情况下两者兼而有之。固,更多的情况下两者兼而有之。固结良好的基岩往往包含有结良好的基岩往往包含有厚而稳定的泥质岩层,构成隔厚而稳定的泥质岩层,构成隔水层。水层。基岩含水系统的类
17、型:基岩含水系统的类型:一个独立的含水层就构成一个含水系统(图一个独立的含水层就构成一个含水系统(图8-5b)。)。数个含水层构成一个含水系统,岩相变化导致隔水层尖数个含水层构成一个含水系统,岩相变化导致隔水层尖灭(图灭(图8-5c),或者导水断层使若干含水层发生联系时),或者导水断层使若干含水层发生联系时(图(图8-5d)。此时,含水系统各部分的水力联系不同。)。此时,含水系统各部分的水力联系不同。同一个含水层由于构造原因也可以构成一个以上的含水同一个含水层由于构造原因也可以构成一个以上的含水系统(图系统(图8-5b、c)。)。极少数构造封闭的含水系统(图极少数构造封闭的含水系统(图8-5e
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