水文地质学基础课件中国地质大学武汉08地下水系统.ppt

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1、8.1地下水系统的概念系统论--20世纪40年代由贝塔朗菲提出在20世纪50～60年代应用系统工程解决复杂问题取得重大成功后，系统思想与系统方法广泛地渗入到各学科领域，作为一种“思想方法”，也渗入水文地质领域--也是水文地质学发展的必然产物[张人权，1987]1983年，在荷兰召开了首届关于地下水系统的国际学术讨论会（50个国家的200多名代表参加）1983年底荷兰水文地质学家G.B.Engelen来华进行了讲学，（在我校、河北正定水文所、北京水文地质公司）。“地下水系统”一词在中国水文地质学界得以迅速广泛的应用、研究与完善（地矿部陈梦熊院士，长春地院的林学钰院士，中国地质大学的地下水

2、系统小组等）。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。系统方法：用系统思想去分析与研究问题的方法系统思想：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思想追求的目标→系统整体功能最优化（不是局部的）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以系统为对象，系统接受或向环境产生的物质能量或信息——称为系统的输入与输出以系统为作用对象，环境对系统的作用与系统对环境的反作用——称为激励与响应地下水系统的概念地下水含水系统：由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。地下水流动系统：从源到汇的流面群构

3、成的，具有统一时空演变过程的地下水体。两者的共同点突破了把单个含水层作为功能单元的传统system≠aquifer力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体地下水含水系统与地下水流动系统之间的区别地下水含水系统地下水流动系统根本不同静态系统动态系统分类依据根据储水构造划分—以介质场为依据根据水的流动特征划分—以渗流场为依据系统发育史共同的地质演变历史—地层形成史一致共同的地下水演变历史—地下水的补给、径流统一边界性质隔水与相对隔水的地质边界—地质上的零通量面流面（分水线）构成水力边界—水力零通量面系统可变性边界固定不变—不变的静态系统边界可变，系统规模、数目变—是可干扰的动态系统统一性

4、具有统一或潜在统一的水力联系水、盐、热量具有统一的时空演变研究意义有助于从整体上研究水量、盐量、热量的均衡有助于研究水量、水质、水温的时空演变（尤其是水质）两者的关系：①通常情况下，一个大的含水系统可以包含若干个流动系统②两者都可以进一步划分为子系统分层次的：子系统是不同的、大的系统是一致的。流动系统在人为影响下，规模、数量均会发生变化，但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。在一个含水系统中，可以具有若干个不同规模的流动系统。III8.2地下水含水系统含水系统并非全部边界隔水→总有边界向环境开放含水系统在概念上是含水层的扩大，关于含水层的许多概念均可应用于含水

5、系统含水系统的发育主要受到地质构造的控制。松散沉积物构成的含水系统发育于近代构造沉降的堆积盆地之中，其边界通常为不透水坚硬基岩。含水系统仅有相对隔水层，并包含若干由相对隔水层分隔开的含水层。含水层之间既可以通过“天窗”，也可以通过相对隔水层越流产生广泛的水力联系。基岩构成的含水系统总是发育于一定的地质构造（褶皱或断层）之中。固结良好的基岩包含有厚而稳定泥质岩层，构成隔水层。8.3地下水流动系统Groundwaterflowsystem(GFS)传统忽视地下水垂向运动裘布依假定河间地块流网Hubbert1940子系统边界流线中间GFS区域GFS局部GFSJ.Toth(1963)用数学模型

6、做了复杂盆地的潜水流网1980年托特“重力穿层理论”，Engelen建立了解决水质问题的地下水流动系统的概念与方法。Toth认为：从水力学角度看，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托特、英格伦等人发展起来的地下水流动系统理论，实质上是以地下水流网为工具，以势场及介质场分析为基础，将渗流场、化学场和温度场统一于新的地下水流动系统概念框架之下。流动系统中地下水从补给区开始，径流穿越不同的含水层，最后进入排泄区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：地下水由低向上运动。水头分

7、布：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，水平运动两条流线相背运动、相向运动、反向运动流动系统的多级性：多源系统中易产生多级多个地下水流动系统流动系统发育的规模与数目的控制因素：介质的渗透性（K）；系统中不同源汇的势差有关（地形起伏）；系统几何尺寸（长宽比）水量与流速水量分配：补给区—水