地下水動態

在自然和人為因素影響下，地下水水位、水量、水質、水溫等隨時間的變化。研究得比較多的是潛水水位變化，它實際上反映了潛水含水層水量收入（補給）與支出（排泄）之間的關係。氣候是影響潛水動態最活躍的因素。

簡介

地下水動態是指在有關因素影響下，地下水的水位、水量、水化學成分、水溫等隨時間的變化狀況。地下水動態提供含水層或含水系統的系列信息。在驗證所作出的水文地質結論或所採取的水文地質措施是否正確時，地下水動態是十分重要的。地下水動態受氣候、水文、地質和人類活動等因素的影響，受氣候、水文、地質等因素影響的，稱“天然因素影響的地下水動態”，受人類活動影響的稱“人類活動影響下的地下水動態”。

影響因素

氣候因素

氣候是影響潛水動態最活躍的因素。雨季，降水入滲補給使潛水位上升，潛水礦化度降低；雨季過後，蒸發和徑 流排泄使潛水位逐漸下降，在翌年雨季前出現谷值，潛水礦化度升高。這種一年中周而復始的變化，稱為季節變化。氣候的多年變化，則使潛水位發生相應的多年周期性起伏。

地下水取水構築物

水體因素

地表水體附近，地下水動態受地表水的明顯影響。河水位上升時，近岸處的潛水位上升最快，上升幅度最大；遠離河岸，潛水位變化幅度變小，反應時間滯後。

氣候水文因素決定了地下水動態的基本模式，而地質因素則影響其變化幅度與變化速度。例如，承壓含水層受到上覆隔水層的限制，補給區動態變化強烈而迅速，遠離補給區則變得微弱而滯後。對於潛水，包氣帶厚度越大，滯留於包氣帶中的水便越多，潛水位的變化越滯後於降水。

人為因素

影響地下水的天然動態：例如，打井取水後，天然排泄量的一部或全部轉由采水井排出，如采水量超過補給量，地下水位則逐年下降。再如，利用地表水大水漫灌而不加強排水，潛水位將因灌水入滲補給而逐年上升，引起土壤次生沼澤化或鹽漬化。

研究意義

研究地下水動態有助於解決一系列理論和實際問題。分析地下水動態可以幫助查明補給來源，查明含水層之間或含水層與地表水體之間的聯繫情況。確定供水井的深度時，需要了解最低水位，以保證乾旱季節和乾旱年份的水量供應。計算地下水資源，必須具備一定年限的地下水動態觀測資料。監測人為活動影響下的地下水動態，可以及早發現不利變化（如鹹水入侵淡含水層，地下水污染），不失時機地採取措施。地震前地應力的變化會引起地下水位乃至水質異常變化。因此，觀測地下水動態可作為預報地震的一種輔助手段。監測地下水動態，需要布置有代表性的鑽孔、水井、泉等，組成控制性地下水動態觀測網。

均衡條件

某一地區某一時間段內，地下水水量、鹽量等的收入與支出的數量關係。它與地下水動態密切相關。進行均衡研究所選定的地區，稱為均衡區。進行均衡研究的時間段，稱為均衡期。在某一均衡區的某一均衡期內，地下水水量（或鹽量）的收入大於支出，則表現為儲存量增加，稱為正均衡；支出大於收入，儲存量減少，稱為負均衡。從多年統計角度，氣象要素趨於某一平均值。因此，天然條件下地下水儲存量也趨於某一定值，即多年中不增不減。但在較短的時間內，氣候要素的波動則使地下水經常處於不平衡狀態，地下水量以及相應的水位、水質等隨時間發生變化，可見，地下水動態是地下水均衡的外部表現。

研究均衡時,分析地下水均衡的收入項與支出項,列出均衡方程式；通過測定各已知項，求算未知項。天然狀態下潛水（量）均衡方程式的一般形式為 式中、為（下）游潛水流入（出）量;Xf、Yf為降水(地表水)滲入補給量；Qt為越流補給量(取正值)或越流排泄量(取負值)；Qd為潛水以泉或泄流形式向地表排泄量;Zc為水汽凝結補給潛水量；Zu為潛水面及其鄰接毛管水帶的蒸發量(包括土面蒸發及植物散發);μΔH為均衡期始末潛水儲存量的變化，其中μ為給水度,ΔH為均衡期始末潛水位變化值,上升取正值,下降取負值。在不同的自然條件下，式中各均衡要素所占的比重是不同的。

監測頻率

A．地下水水質監測時間和頻率，對評價等級為一、二級的建設項目，宜分別在枯、豐水期和採樣一次。若評價工作時間不足一個水文年時，應在枯水期進行一次採樣。對評價等級為三級的建設項目，可只在枯水期進行一次採樣。對固體廢棄物堆積場的地下水水質監測，主要應在雨季進行，同時選有代表性監測井，進行水質、水位動態監測。對於建設項目投產後的動態監測工作，可作為建設單位環保監測的正常工作內容，按有關規定進行長期監測工作。

B. 地下水水位、水量統測工作，宜選擇在當地的枯水期或地下水開採高峰期短時間(一般為3天)內一次完成。地下水開採高峰期可按當地機井集中農灌的時期確定。

C．地下水水位長期動態監測，一般每5—10天觀測一次。當遇特殊原因(如降雨或事故性排放)水位發生明顯變化時，應加密觀測次數。

D. 若不專門進行地下水水溫預測評價時，可只在水樣採集時測定一次水溫，若進行專門水溫預測評價，可酌情加密水溫觀測次數。

監測儀器

中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所自上世紀八十年代開始致力於地下水監測技術和監測設備的研究，先後承擔了國家“六五”、“八五”、“九五”科技攻關項目和部重點項目以及國家計委高技術套用發展項目等十餘項，完成了多種地下水動態監測儀器的研製，為解決地下水監測中的技術難關提供了服務和支持，為我國地下水監測整體水平的提高起到了積極的促進作用。唐山平升DATA-6216電池供電型水位監測設備針對不具備供電條件、環境潮濕、對水位數據實時性要求不高的監測場合設計。該設備不但解決了現場供電問題，且功耗低、體積小、防水性能好，安裝維護非常方便。

地下水動態監測設備WS1040

WS-1040地下水動態自動監測儀是中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所在以往研究成果的基礎上，新近提交的新一代地下水動態監測儀器。該儀器是在原有的地下水動態自動監測儀器基礎上，增加了GSM通訊系統，通過使用GSM全球公共服務網，完成數據的無線傳輸，實現地下水的水位和水溫的遠程實時監測。該儀器可用於地下水位、水溫長期觀測、抽水井水位水溫監測、河水、湖泊、水庫等地表水監測以及工業用水管理等。能對地下水的水位和水溫動態變化進行長期自動監測。儀器的主體全部裝入一個不鏽鋼圓筒中，通過電纜配接感測器。儀器可以投入井中，因此便於保護，並克服了氣候及天氣影響，特別適合在露天的觀測孔中使用。主機內部有存儲單元，測量的數據自動保存在存儲單元內，可定期通過數據接口直接將監測數據傳入微機並完成儀器的參數設定；或在室內監測中心站通過有線數據機完成監測數據的回收和監測儀器的參數設定。其特點有：定時自動監測，自動存儲，定時周期任意設點；高精度、高解析度，穩定性好；抗干擾能力強，獨特的氣壓平衡裝置保證了儀器的測量值不受大氣壓變化的影響。

WS-1040地下水動態自動監測儀自研製成功以來已在一些地區推廣套用，實踐證明了全自動無人值守工作的優越性和較強的野外適應能力。為配合 2008年北京的奧運會，北京地區安裝使用60套監測儀器，正在為北京地區地下水監測發揮著顯著作用。該監測儀既提高了監測技術的科技含量，又節約了人力資源，它將對我國地下水三級監測網點的最佳化布置起到積極促進作用。

類型

人類活動通過增加新的補給來源或新的排泄去路而改變地下水的天然動態。

在天然條件下，由於氣候因素在多年中趨於某一平均狀態，因此，一個含水層或含水系統的補給量與排泄量在多年中保持平衡。反映地下水儲量的地下水位在某一範圍內起伏，而不會持續地上升或下降。地下水的水質則在多年中向某一方向（鹽化或者淡化）發展。

地下水衝擊形成

人工采排地下水：鑽孔取水或礦坑渠道排除地下水後，人工采排成為地下水新的排泄去路；含水層或含水系統原來的均衡遭到破壞，天然排泄量的一部或全部轉為人工排泄量，天然排泄不再存在，或數量減少（泉流量、泄流量減少，蒸發減弱），並可能增加新的補給量。

（1）如果采排地下水經過一段時間後，新增的補給量及減少的天然排泄量與人工排泄量相等，含水層水量收支達到新的平衡。在動態曲線上表現為：地下水位在比原先低的位置上，年變幅波動增大，而不持續下降。如圖9-6實例可知：在河北饒陽縣五公地區，開採第四系潛水及淺層承壓水作為灌溉水源。每年3—5（6）月采水灌溉，水位降到最低點。6（7）月雨季開始，采水停止，降水入滲及周圍地下水徑流補給，使水位迅速上升。雨季結束後，周圍的徑流流入填充開採漏斗，水位繼續緩慢上升。翌年采水前期，水位達到最高點。這一動態變化顯示了天然因素和人為因素的綜合影響。動態類型稱為開採—徑流型。