水文地质边界

如题所述

对地下水的储存和运移起约束作用的水文地质单元的边界称为水文地质边界。任何一个水文地质单元都有它本身的边界。水文地质单元的大小、几何形态及封闭程度就是由包围着这个单元的水文地质边界来决定的。相邻两个单元之间的分界面也由水文地质边界来确定。因此,认识一个水文地质单元必须首先认识水文地质边界,尤其是边界的位置及性质。为了定量评价地下水资源,也必须查明水文地质单元的边界条件。当进行水文地质计算时,无论采用何种方法,计算结果的可靠性均取决于水文地质模型是否正确,而水文地质模型的正确与否又在很大程度上取决于对其边界的了解是否清楚和准确。因此,研究水文地质单元的各种边界条件是水文地质勘察的一项十分重要的任务。

1.蓄水构造边界

蓄水构造边界包括隔水边界和透水边界两种。前者对地下水的储存和运移起约束作用,后者对地下水起补给、排泄作用。

(1)隔水边界

隔水边界是由隔水层或隔水围岩构成的边界。隔水边界两侧不产生水量交换。渗流场的影响不越过隔水边界。它通常包括以下几种:

1)含水层与隔水层或阻水体之间的分界面;

2)含水带与隔水围岩之间的分界面;

3)断层阻水界面。

(2)透水边界

透水边界是由透水岩层构成的边界。这种边界虽然对渗流场的分布有影响,但不起绝对的约束作用。渗流场的影响可以越过透水边界,使边界两侧发生水量交换。透水边界分给水边界和排水边界两种。

图6-19 作为给水边界的失水河流 ( 右)和作为排水边界的得水河流 ( 左)

给水边界对地下水起补给作用,它通常有以下几种:

1)河流、渠道、水库等地表水体的渗漏补给段,如图6-19所示;

2)基岩地下水接受第四系松散层孔隙水补给时,基岩含水层(带)与第四系的界面即为基岩含水层(带)的给水边界,如图6-20所示;

3)降水入渗补给地段,是一种垂向补给边界;

4)注水井或其他形式的人工补给地段,为人工补给边界。排水边界对地下水起排泄作用,通常有以下几种:

1)泉水溢出带;

2)河流或排水渠道排泄地下水的地段(图6-19);

3)基岩地下水排入第四系松散地层时,基层含水层与第四系的界面,如图6-21所示;

4)沼泽、湿地、盐碱地等,作为垂向蒸发排泄边界;

5)人工取水或排水地段,如井壁、排水坑道的底和壁等,为人工排水边界。

图6-20 作为给水边界的基岩含水层与第四系含水层的界面1—第四系含水层;2—基岩含水层;3—基岩隔水层

图6-21 山前地带基岩地下水排入第四系松散地层时的排水边界

必须指出,上述给水边界和排水边界,在一定条件下是可以相互转化的。如排泄地下水的河流本来是排水边界,当地下水位下降到低于河水位时便出现河流反补给,变为补给边界。又如沼泽地区本来是蒸发排泄地下水的垂向排水边界,当地下水位降低时,沼泽即疏干,变为接受降水入渗的垂向给水边界。

此外,有些边界是暂时的。如渠道漏水地段,只在渠道输水时产生补给,其他时间则无补给。

有些隔水边界也不是绝对隔水,当边界两侧的水头差很大时,有些隔水边界就显出透水性来,变为透水边界。

2.地下水域边界

地下水域边界是包围或区分地下水流系统的界面。它分为可动边界和固定边界两类。前者为自由边界,后者为约束边界。

(1)可动边界

可动边界位于透水层中。它的位置随着渗流场强度变化而移动。可动边界通常有以下两种:

1)相邻地下水流系统之间的分水面。对于潜水来说,这个分水面与自由水面相交处即为地下水位分水岭。所以地下分水岭也是可动边界(图6-22)。

图6-22 广西红水河—华善地下河—六也地下河之间地下分水岭示意图

2)非承压地下水的自由水面。

(2)固定边界

固定边界由隔水层或水围岩构成。它的位置是固定的。它对地下水渗流场的分布起约束作用,对地下水域的扩展起限制作用。地下水域的固定边界绝大多数与蓄水构造单元的隔水边界一致。一般来说,蓄水构造单元与地下水域边界的重合部分,基本上就是这种隔水的固定边界。地下水域的固定边界,主要是含水介质与隔水层、隔水围岩、阻水体、阻水断层等的分界面。

3.水文地质边界的表现形式

从水文地质边界的表现形式来看,它又可分为以下几种:

1)地形边界。当地下水分水岭与地表水分水岭一致时,地形分水岭就是水文地质单元在地表的边界。山区与平原的交界线常是基岩与第四系沉积物的分界线,这种地形分界线常是基岩地下水在地表的排泄边界。

2)地质边界。它包括:①地层岩性边界,如含水介质与隔水层(或围岩)的分界面;②地质构造边界,如断层、接触带等。

3)水文边界。包括与地下水有联系的河流、湖泊,以及泉水溢出带、地下水位分水岭等。

4)人工边界。包括注水井、取水井、排水坑道等构筑物的壁及底。

此外,在水文地质计算中常常将水文地质边界分为:第一类边界(水头边界),即水头变化规律为已知的边界。它又分为定水头边界和变水头边界两种。第二类边界(流量边界),即流过边界的流量变化规律为已知的边界。隔水边界属第二类边界,因为它的流量为零。

在水文地质计算中,也常将水文地质边界按几何形状分为直线边界、折线边界、直角边界等。

当人工开采地下水时,由于地下水位大幅度下降,经常引起一些水文地质边界的性质发生转化,有些排水边界和相对隔水边界转化为给水边界。这种转化将使水文地质单元的地下水补给量增加,天然排泄量减小,总的变化趋势是加强地下水交替作用,增加水文地质单元内的地下水交替量。

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