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地下水系统作业


地下水系统分析
课程报告

教 师 姓 名: 研究生姓名: 研究生学号: 研究生专业:水利工程 所 在 院 系: 类 日 环境学院

别:专业硕士 期:


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地下水系统划分——以额济纳盆地为例
1 地下水系统
地下水系统包含地下水含水系统和地下水流动系统两个基本组成部分。 地下水含水系统 是指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; 地下水含水系统的整体 性,体现于统一的水力联系:存在于同一含水系统中的水属于统一整体,在含水系统的任一 部分加入水量(接收补给)或排出水量(排泄) ,其影响均将波及整个含水系统。含水系统 作为一个整体对外界的激励作出相应。因此,含水系统是一个独立而统一的水均衡单元。地 下水流动系统是指由源到汇的流面群构成的, 具有统一时空演变过程的地下水体。 含水系统 和流动系统从不同角度出发, 揭示地下水赋存与运动的系统性特征。 地下水流系统的整体性, 体现于统一有序的水流;水流以不同级次方式有序运移,水量、盐量、热量发生有规律的时 空演变,呈现为时空有序的结构。因此,水流系统是研究水质(水温、热量)时空演变的理 想框架与工具。 地下水系统是在一定的边界范围内,通过地下水补给、径流、排泄过程,把三维空间的 水文地质实体, 连结成为一个相互紧密联系的独立完整的整体, 是由具有一定独立性而又相 互联系、相互影响的不同等级不同层次的亚系统及子系统组成的。这个实体的范围,一般是 一个盆地或一个流域。

2 地下水系统划分
地下水系统划分是地下水系统理论的重要基础研究内容之一, 其对于深入分析地下水的 形成条件, 揭示地下水的循环演化规律, 进行区域地下水资源评价和规划具有重要的理论和 现实意义。 地下水系统划分就是在一定原则条件下通过分析地下水系统的外部环境特征 (区域地质 背景、 气候水文、 地形地貌) 、含水层系统和水流系统特征, 从中提取依据, 确定系统边界, 分层次分等级对地下水系统进行划分依据, 确定系统边界, 分层次分等级对地下水系统进行 划分。 根据地下水系统的概念, 地下水系统的划分应遵循两个基本原则: 一是拥有独立的含水 层系统(介质场) 。二是应具有完整的水循环流动系统(渗流场) 。地下水系统的边界可分以 地质、 水文地质的界线为界的地质边界和以水流系统的外包流线为界的水流边界两大类。 地 下水划分的步骤, 首先通过区域地质背景确定地下水系统的外部地质边界, 圈画一级系统的 空间范围; 然后根据气候水文条件和地形地貌特征, 认识地表分水岭和地表排泄基准面的分 布规律,粗略勾画地下水的循环路径,以此推断地下水系统的内部水流边界,初步划分地下 水系统内部次级系统; 最后根据系统内部含水层系统和地下水流场的分析, 对地下水系统结 构进行更为直接准确的分析,最终划分地下水系统。

3 实例分析
3. 1 研究区概况 额济纳盆地地处我国西北地区, 河西走廊黑河流域的最下游。 南与甘肃省鼎新盆地相邻, 西以马鬃山剥蚀山地东麓为限,东接巴丹吉林沙漠,北抵中蒙(蒙古人民共和国)边境。地 理坐标为东经 99°25′~102°00′,北纬 40°10′~42°30′,面积约 3.4 万 km2,行政 区划属内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗。 额济纳盆地深居我国西北内陆腹地, 为典型的大陆 性干旱气候区,降水稀少,蒸发强烈,黑河是流入额济纳盆地唯一的河流,并最终流入盆地 北部封闭的终端湖东、西居延海。盆地南、西、北三面为低山所环抱,东为著名的巴丹吉林 沙漠。地势总体上自南向北,自东向西缓慢倾斜。受地形地貌及区域地质背景控制, 进入 盆地内的地表水和地下水完全靠蒸发消耗而不会向外排泄流出盆地, 盆地地下水系统与外界

相对隔离,构成典型的独立的内流盆地,其循环流动特征具有很强的代表性,可作为地下水 系统研究的典型区域。 盆地内第四纪地层发育较为齐全, 是组成额济纳盆地的主体地层, 具有重要的水文地质 意义。自南向北沉积物颗粒渐细,地下水位埋深渐浅,富水性渐弱,含水层层次增多。南部 是单一的潜水含水层,向北、向东逐渐过渡为双层或多层结构的潜水—承压水含水层体系。 单一结构的第四系潜水含水层,主要分布在盆地的西、南部地区,其次是盆地的西部边沿戈 壁区和北部中蒙边界—东西居延海一带。双层结构的第四系含水层分布于盆地的中部地区, 是单一结构含水层与多层结构含水层的过渡地带,夹于二者之间,呈条带状展布。多层结构 的第四系含水层分布于盆地东南部的古日乃地区和盆地北部的赛汗陶莱—额济纳县城一带, 基本与第四纪下更新统的沉积中心相一致。 盆地地下水自南向北主要以水平径流的方式由单一潜水含水层逐渐流向多层含水层, 各含水层间无区域性的隔水层,存在着由下向上的越流补给。 3.2 地下水系统划分 3.2.1 一级系统 根据地下水系统的定义和对含水层系统、 地下水水流系统的认识, 以区域地质构造为依 据,将第四系地下水盆地视为一个相对独立完整的地下水系统(一级系统) ,其平面分布范 围与第四系含水层系统的范围相一致,以盆地周边地质边界为限。 顶部边界为表层包气带至潜水面的范围,在自然和人为活动影响下,发生着各种水量、 能量河物质的交换,包括大气降水入渗、黑河的渗漏补给、农灌回归水入渗、潜水蒸发等, 可视为顶部补给和排泄交换边界。盆地基底为第三系或侏罗系,透水性差,为相对隔水层, 视为地下水系统的底部边界。北、西两侧边界受山前断裂控制,以山体基岩面与第四系含水 层接触,基岩裂隙含水层富水性差,对盆地内第四系含水层补给微弱,因此侧向上可看成相 对隔水的地质边界; 盆地西南部相邻鼎新盆地的侧向径流补给、 东部和南部接受巴丹吉林沙 漠潜水的侧向径流补给,为补给边界。另外,盆地东南部与巴丹吉林沙漠相接的地区存在贯 穿较深的导水断层,地下水可能通过断层补给盆地深部承压水。 3.2.2 二级系统 系统内,黑河于盆地内以狼心山分为东、西两个支流(河) ,分别流向盆地北部的东、 西居延海,沿途侧向补给地下水,在盆地内形成地下水分水岭,将盆地分为两个相对独立的 水力单元,一是狼心山—东西居延海的盆地西北隅,以东西居延海为蒸发蒸腾排泄中心;一 是狼心山—古日乃—进素土海子的盆地东南偶, 以古日乃和进素土海子为蒸发蒸腾排泄中心。 由于受狼心山—木吉湖基岩隆起和古沉积环境的控制, 盆地内含水层系统被分割为西北隅和 东南隅两个不连续的区域。据此,以黑河干流和东河河床及狼心山—木吉湖基岩隆起为界, 将一级系统划分为西北隅和东南隅两个二级地下水系统。

1-(潜水) ;2-潜水—层承压水;3-潜水与多层承压水;4-裂隙水 图 2 额济纳盆地含水层系统平面结构图 3.2.3 三级系统 盆地内地势总体上自南向北, 自东向西缓慢倾斜, 受其控制盆地内地下水由南向北流动; 盆地北部从中蒙边界到东西居延海,地势由高变低,地下水由北向南也向东西居延海流动。 据此, 西北隅地下水系统又分为中蒙边界—东西居延海地下水支系统和湖西新村—东西居延 海地下水支系统;东南隅地下水系统划分为狼心山—古日乃支系统和巴丹吉林沙漠边缘—古 日乃支系统,两者以古日乃蒸发排泄中心为界,形成各自完整的径流场。 1) 湖西新村—东西居延海支系统南起湖西新村,北到东西居延海,西部与基岩裂隙潜 水含水层相连接,东部以东河现代河床为界。含水层从南部由单层的潜水含水层向北、向东 逐渐过渡为双层或多层结构的含水层。 地下水的补给主要是东、 西两河流水期间的垂向渗流 补给, 其次是大气降水、 灌溉水的入渗补给及盆地西部边缘基岩裂隙潜水水的侧向径流补给。 地下水在细土平原带以南地区潜水补给承压水, 而在盆地北部的赛汉陶莱—额济纳县城一带, 承压水又反过来越流顶托补给上部潜水含水层。 排泄方式主要是植被蒸腾和戈壁沙地的蒸发, 其次是人工开采。 2) 中蒙边境—东西居延海支系统北起中蒙边境附近的额济纳盆地北部地表分水岭, 南 到东西居延海,东西受额济纳盆地边缘所限。含水层主要是冲洪积相的单层潜水含水层,地 下水以大气降水入渗补给为主, 地下水的总体径流方向是由北向南、 由东西两侧向东西居延 海一带汇聚。 3) 狼心山—古日乃支系统 含水层与湖西新村—东西居延海支系统相似, 自西南向东北方向由单层结构的潜水含水 层过渡为双层或多层结构的含水层。 受盆地地形控制, 地下水的总体径流模式是自南向北从 四周向中心低洼地带汇聚, 由于狼心山附近隔水基底的相对隆起, 不利于狼心山以上地下水 由南向北的径流, 因此狼心山段河水渗漏补给潜水含水层后, 主要流向古日乃—进素土海子 地区。地下水在南部接受黑河主干河道的渗漏补给狼心山以北则接受东 河河道的沿途渗漏补给;其次是上游鼎新盆地的侧向径流补给及大气降水的入渗补给。 地下水的排泄主要是植被生长区植被的蒸腾和荒漠戈壁区的蒸发消耗。 4) 巴丹吉林沙漠边缘—古日乃支系统含水层以古日乃第四系沉积中心的多层含水层为 主,地下水接受巴丹吉林沙漠的侧向径流补给及大气降水的入渗补给,同时,深部承压水可 能通过导水断层接受补给。排泄主要是荒漠戈壁区和古日乃地区的蒸发消耗。


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