地下水动态

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地下水动态 (Groundwater Regime)

　　地下水动态是指在自然和人为因素条件下，其水位、水量、流量、水温、化学及气体成分含量等随时间改变而发生的变化。该变化主要反映在地下水质与量的变化。

　　研究地下水动态与均衡，对于认识区域水文地质条件，作出水量和水质评价，以及水资源的合理开发与管理，都具有非常重要的意义。由于对地下水动态规律的认识，往往要经过相当长时间的资料积累才能得出结论，任何目的、勘察阶段的地下水资源调查，都必须重视并尽量开展地下动态与均衡的研究工作。

　　(1)在天然条件下，地下水的动态是地下水埋藏条件和形成条件的综合反映。因此，可根据地下水的动态特征分析，认识地下水的埋藏条件，认识水量、水质的形成条件，区分不同类型的含水层。

　　(2)地下水动态是均衡的外部表现，故可利用地下水动态资料计算地下水的某些均衡要素。如根据次降水量、潜水位升幅和潜水含水层给水度计算大气降水入渗系数；根据潜水位的升幅或降幅计算地下水的储存量及潜水的蒸发量等。

　　(3)地下水动态资料是地下水资源评价和预测时必不可少的依据。由于地下水的数量与质量均随着时间而变化，所以一切水量、水质的计算与评价，都在某一时间段内进行。

　　(4)用任何方法计算的地下水允许开采量，都必须能经受地下水均衡计算的检验；任何地下水开采方案，都必须受地下水均衡量的约束。为尽可能地减少开采地下水引起的环境负效应，开采量一般不能超过地下水的补给量，即不应破坏地下水的均衡状态。

　　(5)由于地下水开发利用引发或可能引发的环境地质问题，如区域地下水位下降、水资源衰竭、水质污染与恶化、海水入侵、土壤盐渍化、土地沼泽化、地面变形等，均需进行地下水的动态监测，研究地下水的均衡状态，以便预测环境地质作用的变化及发展趋势。

　　地下水水位、水质、水温动态特征，反映出地下水形成的补给、径流、排泄条件，因此，分析、掌握地下水动态变化特征，能对区域性地下水动态变化规律认识更充分、更具体、更准确，从而对地下水资源作出全面、正确、合理、科学的评价。

　　1.水位动态变化特征

　　地下水动态变化在大气压力、含水层弹性压力、调节能力、开启程度、边界条件及各种补给水源等原因影响下，具有明显地方性和分带性特征。因气候分带，形成地下水动态分带性，地质构造的地方性，形成地下水动态具有地方性特征。地下水水位动态变化由于各种原因影响不同，可分为水文型、地下径流型、综合型、人工型、气候型水位动态五种类型。① 当水文原因影响较为明显时，地下水位变化随河流流量不同而变化，称为水文型动态。②地下水贮存在较封闭的含水层中，不直接接受大气降水补偿和蒸发消耗，主要由地下径流补给，地下水动态变化不直接或明显地反映气候等变化特点，且具有显著的滞后特点，称为地下径流动态。③地下水承受各种影响因素共同作用，形成较为复杂的综合特征，称为综合水位动态。④人类活动因素影响形成的地下水动态，称为人工型水位动态。⑤ 当气候因素对地下水特征影响具有主导作用时，地下水动态变化以垂直运动为主，具有脉动特点，称为气候型地下水水位动态。

　　2.地下水水温动态特征

　　地下水水温动态变化受诸多因素影响。气温的昼夜、年季及多年变化，引起相应地下水温变化。地壳内部运动或在较大由放射性元素蜕变而引起的固定热流及人工建造的输热管网、地下煤气化热源工厂、大量抽取地下水等均会引起地下水温变化。因此，地下水温动态变化，既有水平分带性，又有垂直分带性，还有昼夜和年内波动变化特征。

　　3.地下水水质动态特征

　　地下水水质动态主要受岩石特性、补给源、排泄条件等因素影响。水质动态具有分带性和地区性特点，分为如下水质动态型式：干旱区动态，在排泄能力弱或缺乏地下径流地区，蒸发必然成为潜水排泄主要途径，垂直水盐交替在水质动态过程中占有优势。较大埋深的潜水水质动态变化缓慢，盐均衡的收支相对均衡，盐扩散及水与岩石间阳离子交替反应在盐动态中占据优势；寒冷区动态，指由冰雪水补给冲淡地下水，潜水冻结析盐以及深部承受压力排泄使盐分增加，地下径流大于蒸发的水质动态，其特点为潜水蒸发及降水使盐淋滤，导致地下水矿化度增加；地区性特征，指地下水质动态受水文和地质因素控制，形成的水质动态变化。

　　影响地下水动态的因素可以分为两大类：天然因素和人为因素。天然因素中包括气象、水文、地质、土壤、生物及天文(宇宙)因素。其中天文主要是指来自太阳系的影响，当前还处于假说阶段。

　　影响地下水动态的因素虽然有许多，但是实际上有些影响因素居次要地位，通常只起辅助作用。例如土壤、生物因素就是如此。其中土壤仅对潜水动态有影响，主要表现在改变潜水的化学成分上。气象、水文因素是影响潜水动态形成的主要因素。地质因素的影响是经常的，但一般变化很缓慢，对潜水动态的形成来说。它被看作为一种校正因素。对深层承压水来说，气象、水文因素对其动态形成的影响大为减弱。而地质因素作用则最著增强。

　　1.气象因素

　　气象(天气)因素本身变化很迅速，并且在某种程度上具有某种周期性。它能够引起地下水动态的迅速和多为波状的变化。

　　一年的周期表现为各种气象要素随季节呈有规律的周期变化。这种周期变化极为明显地反映在潜水浅层地下水的动态形成过程中。雨季来临，补给增加，于是，潜水位增高，水量增加，有时还可观察到矿化度减低；旱季到来，补给减少，潜水位急剧下落，流量减少，有时还伴有矿化度上升。由上述可见，地下水动态的季节性变化与多年变化主要是受气象因素控制。气象因素包括大气降水、蒸发、温度、气压等，它对地下水，特别是潜水动态的影响主要是由大气降水与蒸发两项气象要素体现的。潜水含水层由于潜水面接近地表，经常由于蒸发或植物蒸腾作用的影响而发生昼夜波动。通过实际观测得知，当下水面埋深超过一定数值后，潜水蒸发便可忽略不计。

　　气温的变化，特别是零度上下的变化对地下水动态的影响也有直接意义。在气温变化的影响下首先使潜水温也发生变化。潜水温度增高可减少潜水中溶解气体的数量，增大蒸发量，从而促使潜水的矿化度增大。另一方面，地下水温度的增高也能减少其黏滞性，这就加速了自然的或人工的排水水流，减少了表面张力，毛细管带的厚度也就减小了。但应指出，由温度升降促成的潜水水位变化幅度是很有限的。评价气温对地下水动态的影响最有意义的是年变化幅度和昼夜变化幅度，郎最热和最冷月份平均温度之差及一昼夜巾最热和最冷小时温度差。

　　气压的变化通常不直接影响潜水的动态。气压的变化虽然对潜水面几乎不产生什么影响，但对开采承压水含水层的水井中的水面来说，将产生相当大的影响。一般情况下，气压增加，水位降低。

　　2.水文因素

　　地表水与地下水之间有着密切的水力联系。通常河水在高水位期补给地下水；在低水位期则由地下水补给。这样的密切联系同样存在于地下水与湖泊、海、洋的水之间。

　　这种水力联系首先表现在地表水位变动以某一速度和强度影响并改变地下水的水位。地表水与地下水的相互补给关系自然也会引起地下水物理性质与化学成分的变化。

　　邻近地表水体的地下水(主要是潜水)，在其动态形成过程中明显地反映了地表水的作用。近岸地带潜水水位是随地表水位的变化而变化的，并且距离越近，变化幅度越大，同时其落后于地表水位的变化时间也越短，即越接近于地表水位的涨落；而距地表水体越远者，其变化幅度就越小，落后的时间就越长，最后到一定远处，地表水的影响即告消失．通常该影响范围是在数百米至1 km～2km以内，影响带的宽度决定于近岸地带的岩性，地表水位与潜水位的水位差，地表水位的变化幅度及洪峰的延续性等一系列因素。

　　水文因素本身直接受气象因素的影响，表现出多年的和一年的变化周期；但由于每个地表水体的具体形成条件不同，其周期特征亦各不相同，其中对地表水动态影响最大的是其补给来源的性质和汇水条件的特征。例如，雪水和雨水补给的地表水，其动态特征就很不一样。

　　3.地质因素

　　地质因素包括地貌、岩性、构造等，它对地下水动态形成的影响并不像气象因素那样，反映在其周期性上，而只反映在其形成特征方面。例如同一气象条件下，由于地形、地质条件不同，影响到地下水的补给、径流、排泄条件，地下水动态可以发生明显差异，甚至促使其在动态形成的根本方向上有所不同。如众所周知，地形平缓和含水层的透水性弱会加剧地下水中盐分的积累过程，并使地下水(主要潜水)的动态发生明显的季节性变化。相反，地形切割强烈和含水层强透水将使地下水向脱盐方向发展，并减弱水动态的季节性变化。至于地质构造对地下水动态的影响，从潜水和自流水动态形成的根本差异方面便可得到很好说明。地质因素造成的变化虽很缓慢，但在研究长时期内的地下水动态时 便可察觉出这种变化。例如，造陆运动逐渐改变了水系侵蚀基准面的标高，而引起地下水动态的相应变化。在上升区巾由于侵蚀基准面下降，天然排水条件加强，引起地方性的疏干，同时由于地下水循环加速而导致水的淡化。在下降区情况则恰恰相反，地下水循环迟缓，天然排水程度减弱，甚至导致地区沼泽化，同时产生了水的盐化现象。

　　4.土壤因素

　　土壤的影响因素主要表现为对潜水化学成分的改变。潜水埋藏越浅，这种影响就越显著。其中最明显的莫过于土壤盐渍化与沼泽化地区两者的相互关系了，这种关系很好地反映在潜水和土壤中盐分的季节变化与多年变化上。

　　5.生物因素

　　生物因素包括植物蒸腾作用与微生物群的生物化学作用，即生物因素的作用主要表现为两个方面：

　　(1)植物蒸腾对潜水动态形成的影响。潜水埋藏越浅，这种影响也越明显。蒸腾的强度不仅因气候条件而异，也与植物的种类和年龄以及土壤的湿润程度有关。蒸腾的结果引起埋藏不深的潜水水位、水量和化学成分发生季节的和多年的变化。灌溉地区即广泛利用这种作用来人工调节潜水动态。

　　(2)细菌对地下水化学成分的改变。这里所说的细菌包括硝化细菌、硫化细菌、磷化细菌、铁化细菌、脱硫细菌等，其巾每种细菌的生存发育环境都是一定的(一定的EH值与pH值环境等)。当环境变化时，细菌的作用发生改变，地下水化学成分也相应改变。这种作用在富含有机质的地层(如沥青质地层、含油地层、煤层等等)中发育最为广泛和显著。

　　6.人为因素

　　人为因素根据人类修建的工程建筑物对地下水动态影响的性质，人为因素可以分为两种基本不同类型：一种疏干类型；另一种是充水类型。

　　人为因素可以改变甚至破坏天然条件下地下水动态周期性变化的趋势。例如有些灌区，由于多年灌溉，灌水过多，补给了潜水，导致潜水位逐年抬高以至造成土壤盐渍化。相反，在地下水开采量超过补给量的地区则导致地下水位多年连续下降。

　　人为因素不仅改变了天然条件下地下水动态的多年变化规律，也改变了其季节性变化规律，形成新的季节性变化规律。