三、地下水的动态和运动

（一）地下水的动态

地下水流量、水位以及温度和化学成分，在各种因素影响下，发生日变化和季变化，称为地下水的动态。气候是影响地下水动态的最积极的因素之一。降水、蒸发、气温的周期性变化引起地下水相应的变化；暴雨、干旱等则造成地下水的突然性变化。河湖水位升降，海岸附近涨落潮，在地表水与地下水位之间有水力联系时，也常引起地下水位的变化。地壳的升降运动引起侵蚀基准面位置的变化，也必然引起地下水动态的改变，上升区基准面下降，地下水强烈循环，同时变淡；下降区地下水循环减慢，并发生盐化。植物的蒸腾作用使地下水位产生以昼夜为周期的升降。人为因素对地下水动态的影响是多方面的，抽水、排水工程可以降低地下水位，农田灌溉、修建水库可使地下水位增高。

地下水的动态变化，是水量变化的表现形式，为了准确掌握地下水的动态，必须进行地下水量平衡计算。如某地区地下水的收入水量包括降水量 x、地表水流入量 y1、凝结水量 z1、地下水流入量 w1，而支出水量包括地表水流出量 y2、蒸发量 z2、地下水流出量 w2；又设

ϕ为含水层的给水度；△h 为潜水位变化；

v 为地表水量变化；m 为包气带中水量的变化则地下水平衡方程式可以写为

x-（y2-y1）-（z2-z1）-（w2-w1）=ϕ△h+v+m

（二）地下水的运动

地下水的运动形式一般分为两种：一种是层流运动，一种是紊流运动。地下水在岩石空隙中的运动速度比地表水慢得多，除了在宽大裂隙或空洞中具有较大速度而成为紊流外，一般都为层流。地下水的这种运动称渗透。

  1. 线性渗透定律 法国人达西通过实验发现，单位时间内通过岩石的水量与岩石的渗透系数、水头降低高度和岩石断面面积成正比，与渗透距离成反比，从而建立了达西公式

Q = KA h

l

式中，Q 为单位时间内透过岩石的水量；K 为渗透系数；A 为岩石断面面积； h 为水头降低值；l 为渗透距离。

令 h = I

l

则 I 为水头梯度。据 Q=Av

又，达西公式移项得

v = Q

A

Q = K h = KI

A l

所以，渗透速度vCP = KI

公式表明，渗透速度与水头梯度的一次方成正比，这就是线性渗透规律或达西定律。渗透速度和渗透系数单位相同，用 cm/s 或 m/d 来表示。

渗透速度vcp 并不是水在空隙中的实际平均速度，而只是在透水岩石

断面上的平均速度，所以，应以孔隙度 n 除渗透速度，才能得到实际速度 v0。

v = vcp

0 n

岩石的孔隙度n永远小于1，所以渗透速度vcp是小于实际速度v 0 。

实验证明，当渗透速度超过某一临界值时，地下水的运动不符合线性渗透定律。但在通常情况下，地下水流的水头梯度很小，故大部分地下水运动仍然符合线性渗透定律。

  1. 非线性渗透定律 在大孔隙和溶洞中，地下水运动具有紊流性质，不符合线性渗透定律，这时即可应用薛齐公式

v = c

如以c

= K，则

1

v = KI 2

1

当运动为混合形式，即层流与紊流混合时，公式可改写为v = KI m