地下水系统理论研究综述

地下水系统理论是目前水文地质研究的重要指导思想和分析工具,地下水系统的研究已成为正确评价和合理开发、利用和保护区域地下水资源的基础。从一般系统的概念入手探讨了系统思想的基本观点,简要讨论和分析了地下水系统的概念,综述了地下水系统理论的发展历程和应用实例,指出地下水系统理论的应用尚未形成统一明确和易于操作的规范方法,建立一套便于掌握与操作的地下水系统理论应用规范或方法框架,应该是今后地下水系统理论和方法研究的主要任务之一。     

鄂尔多斯白垩系盆地地下水流动系统驻点的理论与实际意义

地下水系统理论、达西定律和泰斯公式是水文地质学的三大支柱理论,地下水流动系统理论较好地刻画了盆地尺度地下水的循环特征,是指导区域地下水勘查与合理开发利用的重要工具。迄今为止,对地下水流动系统中驻点的形成机理和特征的认识一直停留在定性分析阶段,在实际的大型盆地地下水流动系统中发现并证实驻点存在的实例也不多见。以鄂尔多斯白垩系盆地北部的二号剖面为例,利用双Packer系统获取的不同深度地下水位、水化学和同位素的分层数据,采用水动力学、水化学和放射性碳同位素等综合方法,以实际资料证实并发现在大型盆地深层地下水流动系统中驻点的存在,但这个驻点并不是一个点,而是占据了一定的区域;理论研究认为驻点附近地下水的溶解性总固体较高,实际情况不一定如此,也可以是较低矿化的水,它取决于含水介质中可溶盐量的多少。该项成果进一步完善了地下水流动系统的理论,具有重要的理论与实际意义。     

关中盆地地下水系统分析与地下水资源可持续开发利用对策

关中盆地是一个完整的、相对独立的地下水系统,按含水介质的结构组合与空间分布以及地下水循环特 征,文章将关中盆地地下水系统进一步划分为黄土台塬孔隙$C裂隙含水系统、冲积平原孔隙含水系统、秦岭山前洪 积平原孔隙含水系统、渭北岩溶含水系统及基岩裂隙含水系统共5个亚系统和26个更次一级的子系统。在研究 各子系统水文地质特征、分析水资源开发利用现状的基础上,认为区内地下水资源开发利用中存在的问题有:地下 水资源污染与浪费严重,重复利用率低;不合理开采地下水,出现负环境效应;行政区块限制,水资源宏观调配不 够;地下水人工调控力度不够,不能有效地促进生态环境良性循环;对地下水资源的研究、规划和管理滞后等方面。 并针对存在的主要问题,提出了5项水资源可持续开发利用对策,包括节水对策、开源对策、改水对策、增补对策以 及管理对策。     

鄂尔多斯盆地白垩系含水层系统分析

从地下水含水层系统的角度对鄂尔多斯盆地白垩系地下水系统进行了划分和分析。由于下白垩系统保安群为一套陆相碎屑岩建造,岩性复杂,由砂岩、粉砂岩和泥岩组成的频繁交替、重复叠置的多层层状结构,决定了鄂尔多斯白垩系自流水盆地是多层结构的地下水系统。这种重复叠置的多层层状地质结构,决定了地下水含水层系统的多层性、承压性及层与层之间的相对封闭性。根据沉积旋回和含水介质的性质,在全盆地范围内把白垩系地下水系统从上向下划分为：罗汉洞含水岩组、环河含水岩组和洛河含水岩组。通过对这3大含水岩组分别进行了分析认为,洛河含水岩组和环河含水岩组分布范围广、,含水层厚度大、天然资源丰富,是盆地区具供水意义的主要含水岩组。罗汉洞含水岩组因分布面积小,含水层厚度差异大、水质变化大,除陇东地区外,大部分地区供水价值较小。     

山西省汾河灌区地下水系统分析

本文运用有关地下水系统理论，对山西省汾河灌区地下水资源作系统分析。灌区水资源系统由地表水系统与地下水系统构成。地下水系统具有双层含水结构；浅层潜水——承压水系统和中层承压水系统。由于含水系统本身特点及人工开采影响，浅层水对中层地下水垂直越流补给。地下水属松散孔隙水。地下水运动以全向为主，水平运动为辅。     

矿区地下水系统及其特征分析

本文从系统论出发，提出了矿区地下水系统的概念模型，分析并阐述了矿区地下水系统的结构、功能、性质和特征。结合恩口煤矿实例，说明了矿区地下水系统的存在及其概念与模型在解决矿区水文地质过程中的作用。     

中国北方地下水系统划分方案研究

地下水系统是水文地质学的研究热点之一。学术界对“地下水系统”的概念尚没有明确和统一的认识,不同学者对“地下水系统”的理解各有侧重,划分依据与标准不一,划分结果各异,故在应用上常造成混乱。文中基于地下水流系统的概念,归纳了地下水系统划分的原则和依据,认为地下水系统划分应以自然状态不同级别的地下水流系统为首要依据,以含水层系统为判断水力联系和流动系统内部结构的重要基础,提出了一套划分中国北方地下水系统的方案,将其划分为4个地下水系统区块、10个一级地下水系统和56个二级地下水系统。地下水系统区块主要依据特大区域尺度上具有相似地下水循环特征且在地域上毗邻的盆地（流域）的组合体划分：一级地下水系统主要依据盆地（流域）尺度的区域地下水流系统和区域地下水流向划分;二级地下水系统主要依据区域水流系统的分区特征（受次级盆地或次级流域控制）划分。这一方案为中国北方区域地下水资源评价、地下水资源管理、地下水与环境等相关问题的研究提供地下水系统的框架基础。     

溪洛渡水电站坝址区地下水流动系统分析

针对溪洛渡巨型水利枢纽工程在玄武岩坝址区的勘探中遇到的较为复杂的水文地质异常现象，如冷水与热水、裂隙水“承压”现象、偶遇大水量突水点等异常现象，通过运用地下水流动系统理论，构建了坝区地下水流动系统模式；揭示了深部灰岩水越层排泄和玄武岩潜水混合排泄带的特征，以及浅部以层间层内裂隙发育为主的非均质玄武岩含水介质的特点；阐明了坝区地下水异常现象的成因与条件。     

关中盆地地下水系统的划分与特征

关中盆地是一个水文地质结构完整、含水系统与水流系统相对独立、水循环开放的地下水系统。通过概述区域水文地质结构和地下水循环特征,依据地下水含水介质的结构组合、分布特征以及地下水循环特征的不同,将关中盆地地下水系统划分为6类: 黄土台塬孔隙-裂隙含水系统、冲积平原孔隙含水系统、山前洪积平原孔隙含水系统、渭北岩溶含水系统、新近系和古近系砂泥岩互层裂隙-孔隙含水系统及基岩裂隙含水系统。文章总结分析了每种含水系统的富水性、补径排、水化学和动态特征,旨在为客观评价关中经济区水资源现状并提出水资源优化配置、开发利用和保护方案提供依据。研究成果对建设优良、宜居的生态环境和经济可持续发展具有积极的意义。     

论含油气盆地含水系统和水文地质期的划分：以东海…

以东海西湖凹陷为例，从理论上分析了怎样分含水系统和水文地质期，提出了含水系统的内涵，划分了５种基本形式的水文地质期，建立了西湖凹陷新生代沉积体系的层序和期序，并从宏观上概化了地下水成生演化的模式。     

含水岩组概化的累积导水系数法

地下水流系统理论和数值模拟技术分别是水文地质学的基本理论和技术方法,含水岩组的概化是地下水流系统分析和地下水数值模拟的重要基础,直接影响着数值模拟和水流系统分析的精度和可信度.为提高含水岩组概化的精度和可信度,提出一种含水岩组概化的新方法,即累积导水系数法.依据岩层厚度与渗透系数乘积累积值随深度的变化,以及水文地质剖面岩性分布的整体特征,概化含水介质结构.以玛纳斯河流域为例,应用该方法概化流域内的岩性剖面,结合GMS软件中TINS模块构建水文地质结构模型.结果表明,应用该方法概化后的含水层结构具有较好的合理性和仿真性,建立的三维模型很好地显示了研究区含水介质的空间展布特征,为建立地下水流模型奠定了良好的基础.      

利用岸边水头动态确定含水层在临海方向上的边界

本文建立了潮汐效率与越流共同作用条件下承压水头动态的数学模型.利用复变函数的基本原理,考虑到地下水流动的连续性,推导出了相应的承压水头动态公式.以此动态公式为基础,提出了直接利用承压水头的潮汐动态来确定延伸到海底的含水层长度(边界条件)的计算方法.最后结合广西北海市的地下水头长观资料,对上述方法进行了应用和分析研究.     

Application of grey numerical model to groundwater resource evaluation

Based on interval grey number theory, a grey numerical model was developed to simulate groundwater flow in two-dimensional porous-medium aquifer. The solution method proposed in this paper ensures the integrity and validity of the grey data transportation in the calculation processes. Because most of the parameters characterizing groundwater flow are of grey nature, a grey model can better describe the groundwater flow than the traditional white model. The method was applied to evaluate the sustainable groundwater resource in a groundwater basin of north China. The results from the case study help develop the most appropriate approaches to utilize the water resources in the area.     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

地下水非稳定理论应用中若干问题探讨

地下水的缓慢流动使得对井群开采的场激发产生迟滞响应，从而具有类似“地下水库”的调蓄能力和漫长的非稳定流调蓄周期．这种调蓄能力是地下水本身固有的，在不同的阶段又具有不同的特点，地下水的调蓄作用与调节作用是不同的两个概念．井群开采产生的非稳定流过程可分为3个阶段，此过程中的开采量(或允许开采量)主要是由动用储存量和排泄减少量组成的，地下水补排始终处于“负均衡”状态，地下水水位将持续下降．以此为论点，笔对地下水勘察中存在的问题、稳定流应用中造成的片面认识及存非稳定流理论应用中的理解进行了较深刻的分析．     

Concepts for the sustainable management of multi-scale flow systems: the groundwater system within the Laufen Basin, Switzerland

Many groundwater systems consist of multi-scale aquifer units. The exchange processes and rates between these aquifer units are complex. In order to manage such complex systems, a subdivision into different catchments, sub-catchments or groundwater bodies as manageable units is required. The sustainable management of water resources requires a comprehensive view of water-quality and water-quantity aspects not only for water supply issues, but generally also for flood protection and riverine ecosystem functions. Such transformations require an improved understanding of recharge and exchange processes between different aquifer units as well as aquifer-surface water interaction-processes at different spatiotemporal scales. The main objective of this study is to illustrate concepts by defining the geometry and scales of different aquifer units within a sedimentary basin. The Laufen Basin in the Jura Mountains represents a sub-catchment of the River Birs (Switzerland). Its structure is characterized by a pronounced local relief and a series of aquifer units which are typical for many complex groundwater systems in front of mountain chains such as the alpine foreland and the Jura Mountains of Central Europe. A combination of different concepts is required to understand multi-scale flow systems and to describe the various hydrogeological processes. Three concepts are proposed for the Laufen Basin, including: (1) a regional flow-system analysis, based on the concept of hierarchical groundwater flow systems; (2) the river-corridor concept for understanding aquifer-surface water interaction processes; and (3) the calculation of the dynamic vulnerability index and the aquifer base gradient approach for karst flow and fractured flow systems.     

江西城门山矿露采场疏干预测

本文在分析矿区水文地质条件并加以简化的基础上,对含水层的边界条件及非均质性作了技术处理,从而确定了矿区水文地质计算模型,然后运用泰斯非稳定流理论建立求解疏干流量的数学模型。在规定的疏干要求下,预测了各阶段的疏干流量及相应的疏干时间。文中对阶梯流量迭加计算过程,当含水层为承压—无压状态下,如何确定水力传导系数,提出了新的方法。     

Redox evolution in glacial drift aquifers: role of diamicton units in reduction of Fe(III)

High iron concentrations create water quality problems for municipal use in glacial drift aquifer units. The chemical evolution of oxic groundwater in shallow aquifer units to anoxic groundwater in deeper aquifer units, in which soluble Fe(II) is stable, is attributed to coupled reduction of Fe(III) on aquifer solids with oxidation of organic carbon. The objective of this study was to characterize the distribution of organic carbon in aquifer and aquitard sediments to determine the availability of potential electron donors to drive these reactions. To do this, four complete rotasonic cores in a glacial aquifer/aquitard system were sampled at close intervals for analyses of grain-size distribution and organic carbon content. The results indicate significantly higher organic carbon concentrations in diamicton (till) units that function as aquitards, relative to coarse-grained aquifer units. In addition, readily reducible iron content in the diamicton units and lower aquifer unit materials is sufficient to produce far more dissolved iron than is present in the aquifer. Groundwater evolves to the level of iron reduction as a terminal electron-accepting process as it moves downward through aquitard units along flow paths from upland recharge areas to downgradient discharge areas. Deeper aquifer units are therefore unlikely to contain groundwater with low iron concentration.     

昆明地热田岩溶地下热水系统中溶质运移的模拟

通过对昆明地热田深层基岩地下热水系统的地质、水文地质条件和开采现状的分析,建立了考虑温压变化和越流条件的岩溶热储层中地下热水的水流和溶质(污染物)运移的准三维非稳定流数学模型。对开采条件下地热田Ⅱ 块段地下热水系统中水位及F- 、Cl- 、NH+4 、SO2-4 浓度的模拟结果表明,所建立的模型合理、可靠,具有较高的仿真性。模型可预测不同条件下地热田地下热水的流场和溶质浓度的动态变化趋势,为防治地下热水环境的进一步恶化提供参考。      

Hydrogeology of karst aquifer systems in SW Turkey and an assessment of water quality and contamination problems

The aim of this research is to determine the relationship between groundwater flow and water quality of different ground and surface water basins in the southwest Turkey. In addition, groundwater vulnerability is assessed taking into consideration groundwater flow and quality. The autochthonous Beydaglari limestone is the major karstic aquifer in the region. According to the groundwater level map of alluvium aquifers in the basins, groundwater discharge toward the carbonate aquifer is direct and indirect. The hydrogeological connection between ground and surface water basins occurs via the karstic aquifer located at the bottom of the alluvium bottom. In Egirdir lake, water also discharges in the karstic aquifer via karstic sinkholes at the western border of the lake. In the research area, general groundwater discharge is toward the Mediterranean Sea by means of autochthonous carbonate system, according to hydrogeological investigations, research of lineament and hydraulic conductivities. This result is supported by the locations of lineaments and shore springs discharging from the limestone. In addition, spreading of contaminants via karstic aquifer to great distance has been clearly identified.