地下水动态因素分析-水文地质勘察

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：影响地下水动态的因素虽然很多,但实际上有些影响因素居次要地位,通常只起辅助作用。气象、水文因素是影响潜水动态形成的主要因素。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,而地质因素的作用则显著增强。影响地下水动态年变化的气象因素主要包括大气降水、蒸发、蒸腾、温度、气压等。人为因素的改变,还可破坏天然条件下地下水动态周期性的变化趋势。

分析和研究地下水的动态观测资料,首先就必须了解地下水动态在不同时间和空间发生变化的原因所在,即要深入探讨影响地下水动态的各种因素[2-4]。

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、生物及天文等因素。其中,天文因素主要是指来自太阳系的影响。

影响地下水动态的因素虽然很多,但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少量的影响,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,但其变化一般甚为缓慢,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,而地质因素的作用则显著增强。

一些天然因素呈周期性变化(昼夜的、年的及多年的变化周期)。昼夜变化主要是与一天内的气象与水文因素的变化有关;年变化是与地球的气候带及一年内气象要素的周期性变化有关;多年变化是与太阳黑子的周期性变化有关。在它们的综合作用下,地下水动态也就有昼夜的、季节的(年的)及多年的(世纪的)变化规律。但另外一些自然现象和作用则具有非周期性的变化,例如暴雨、地震、火山喷发等。人为因素也不具有周期性,往往促使地下水发生一些突发性的变化[2-4]。

1.气象因素

气候类型很多,而且它们在地球的各个区域内很大程度上是稳定的,很少随时间变化,而且在该气候类型存在的时期内是单一趋向的。相反,气象因素本身则变化迅速,并且具有某种周期性,能够引起地下水动态的迅速的和多为波状的变化[2-4]。

气象因素按波长和幅度的大小可分为多年的、一年的和昼夜的周期。多年的周期有3年、11年、35年、77年、110～120年和1800～2000年的周期。一年的周期表现为各种气象要素随季节呈周期性变化;大约为11年的周期是和太阳黑子数目的周期性有关,因为太阳黑子的周期性影响着太阳的辐射强度、气温、雨量和大气压力,这也就造成了地下水位呈多年周期性变动[2-4]。

影响地下水动态年变化的气象因素主要包括大气降水、蒸发、蒸腾、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这两项气象要素来体现。但是,大气降水的数量多寡,并不能准确地指示出地下水面的变化。在假定每年排泄条件不变的情况下,由降水强度、蒸发及地表水流分配所决定的大气降水渗入量才是它的支配因素。

2.水文因素

湖泊、河流、海洋等地表水体常与地下水之间常有密切的水力联系,这种水力联系首先表现在地表水位变动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的物理性质与化学成分的变化[2-4]。

靠近地表水体的地下水(主要是潜水),其水位的动态变化受地表水的影响很大。如近岸地带的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,其潜水位落后于地表水位的变化时间也越短。

水文因素本身又直接受气象因素的作用,表现出日变化、季节性、一年和多年的变化周期;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源的性质和汇水条件的特征。例如由雪水和雨水补给的地表水,其动态特征就很不一样。因此,在研究地下水动态特征之前,必须先研究与之有水力联系的地表水体本身的动态变化规律[2-4]。

3.地质因素

地质因素包括地层、岩性、构造、地貌等,它们对地下水动态的影响反映于地下水动态的形成特征方面。例如同一气象条件下,由于地貌、地质条件的不同,地下水的补给、径流、排泄条件就发生明显差异。如岩溶区地下水的补给和排泄就与非岩溶区发生很大的差别;山区的地下水补排条件就与平原地区有很大的不同[2-4]。

地质因素造成的变化虽很缓慢,但如研究长时期内的地下水动态时,便可观察出这种变化。例如,造陆运动逐渐改变了水系侵蚀基准面的标高,进而使地下水动态发生相应变化。

地球内热对深层地下水动态的形成具有重要意义。在地面一定深度以下,内热导致地下水产生缓慢的蒸发作用,从而导致地下水化学成分、密度、水位及水量等要素的相应变化。

在偶然的地质因素中,地震对地下水动态有明显影响,它对地下水的水动力动态、热动态、化学成分动态以及埋藏条件等都可能产生极大改变,如井水位迅速升降、泉的排泄条件改变、出现新的泉水露头等[2-4]。

4.土壤因素

土壤对潜水的影响主要表现在对潜水化学成分的改变方面。潜水埋藏越浅,这种影响就越显著。在温暖湿润的地区,一般是土壤覆盖层中的物质被冲刷进入潜水中;但在干旱地区,通常却是因为潜水位上升,土壤覆盖层的盐分增加,形成土壤盐渍化[2-4]。

5.生物因素

主要包括植物的蒸腾作用与微生物群的生物化学作用[2-4]。

(1)植物的蒸腾作用。会引起埋藏不深的潜水水位、水量和化学成分发生季节性的和多年的周期性变化,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。

(2)微生物群的生物化学作用。细菌包括硝化细菌、硫化细菌、磷化细菌、铁化细菌、脱硫细菌、脱硝细菌等,其中每种细菌的生存发育环境都是特定的(特定的Eh值、特定的pH值、特定的温度等)。当环境变化时,细菌的作用也发生改变,地下水化学成分也随之发生相应改变。在富含有机质的地层中(如沥青质地层、含油地层、煤层等)这种作用最为广泛和显著[2 -4]。

6.人为因素

人类对地下水动态影响主要表现为两方面:①通过各种取水构筑物(井、钻孔等)和各种排水工程(包括矿山排水)来降低地下水位;②通过人工补给、灌溉、修建水库等对地下水进行补给,抬高地下位[2-4]。

人为因素的改变,还可破坏天然条件下地下水动态周期性的变化趋势。而人为因素造成的外部荷载的变化也可对地下水的动态发生暂时性变化。例如,当火车通过时,铁路附近水井中的水位会发生暂时性波动。

地下水动态因素分析-水文地质勘察

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