1、地下水信手流網(wǎng)的繪制與應(yīng)用中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）高云福地下水流網(wǎng)是指地下水流線和等勢線相交組成的網(wǎng)格。在各向同性介質(zhì)中，流線與等勢線構(gòu)成正交同格。在各向異性介質(zhì)中，流線與等勢線不正交。應(yīng)用“流函數(shù)”和“勢函數(shù)”概念可以定量描述地下水流網(wǎng)。但是，通常在定量描繪地下水流網(wǎng)過程中除了分析研究區(qū)的介質(zhì)特征外還必須已知水力傳導(dǎo)度、有效孔隙度、邊界水頭等眾多定量參數(shù),而這些參數(shù)的取得需要有大量的勘查資料以及系列的觀測資料，這就是為什么定量流網(wǎng)在分析和解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)實(shí)際問題時(shí)受到最制的原因。眾所周知，定性分析是定量分析的基礎(chǔ),地下水信手流網(wǎng)則是定性分析、描述許多水文地質(zhì)、工程地質(zhì)問題的重要工具，值得注

2、意的是，如果繪制地下水信手流網(wǎng)隨意性太強(qiáng)、缺乏一定的規(guī)則，那么，所繪出的信手流網(wǎng)除了反映地下水流向外，很難用于去解釋更探刻的水文地質(zhì)涵義，不利于同行間的信息交流。筆者認(rèn)為，討論一下地下水信手流網(wǎng)的繪制方法將有助于開發(fā)地下水信手流網(wǎng)的功能。一、地下水信手流網(wǎng)的繪制繪制地下水流網(wǎng)的方法主要包括：試驗(yàn)?zāi)M、數(shù)值模擬和信手繪制等方法。試驗(yàn)?zāi)M地下水流網(wǎng)是指室內(nèi)通過一定結(jié)構(gòu)的模型，模擬不同滲流場特征參數(shù)下的地下水流動(dòng)狀態(tài)。數(shù)值模擬是應(yīng)用計(jì)算機(jī)將地下水運(yùn)動(dòng)方程的解析解的結(jié)果繪制成地下水流網(wǎng)，其理論和方括均比較成熟，但參數(shù)要求嚴(yán)格，“信手流網(wǎng)”由構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中的“信手剖面”而得名，它是在分析研究水文地質(zhì)條件的

3、過程中，隨手繪出的地下水流網(wǎng)。信手流網(wǎng)的繪制不需要精確的計(jì)算過程,實(shí)際上有很多復(fù)雜的信息很難進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)處理，重要的是它飽含了繪圖者對大量零敬信息的高度的綜合。信手流網(wǎng)可明確地顯示十分零亂的諸信息之間的聯(lián)系，從宏觀上反映地下水的整體規(guī)律，它可能會(huì)啟發(fā)研究者從中發(fā)現(xiàn)潛在的更加重要的信息有助于實(shí)際問題的解決。信手繪制地下水流網(wǎng)可包括以下具體步驟聶內(nèi)容（圖1）:1）條件分析包括分析研究區(qū)自然地理、地貌、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。人為活動(dòng)對地下水水勢場的影響，識(shí)別地下水系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上確定含水介質(zhì)的空間分布及其組合特征。區(qū)分地下水的補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)。明確邊界性質(zhì)，是開放邊界還是封閉邊界。通

4、常，在分析一個(gè)水文地質(zhì)剖面時(shí)，地下水水位線可構(gòu)成開放邊界，當(dāng)?shù)叵滤c鄰區(qū)有水力聯(lián)系時(shí)。其水頭邊界即為開放邊界。當(dāng)?shù)叵滤鲃?dòng)為零通量時(shí)，如地下水分水線、阻水?dāng)鄬拥龋啥榉忾]邊界。2）確定“源”和“匯”地下水流總是從水勢高的地方流向水勢低的地方，即從“源”向“匯”流動(dòng)。“源”、“匯”的分布可以是天然存在的,亦可是由于人為活動(dòng)的影響新產(chǎn)生的，其強(qiáng)度受地下水補(bǔ)給、排泄條件及人為活動(dòng)能力的約束。由于“源”“匯”的分布及其強(qiáng)度的變化必然導(dǎo)致地下水流動(dòng)系統(tǒng)的演變。因此，明確“源”、“匯”的空間分布及其時(shí)空變化是繪制信手流網(wǎng)的重要內(nèi)容。降雨入滲、河渠水入滲以及注水井可分別做為面狀、線狀、點(diǎn)狀“源”處理，地下

5、排泄點(diǎn)（如泉水）、人工開采地下水，泄流，均為地下水流的“匯”。信手流網(wǎng)通常反映相對穩(wěn)定時(shí)刻的水流狀態(tài)。因此，在確定“源”“匯”時(shí)一定要與時(shí)間尺度相對應(yīng)。3）確定相鄰兩條等勢線勢差規(guī)定相鄰兩條等勢線的勢差為一常量，以保證繪出的等勢線的疏密分布能定性地說明地下水徑流強(qiáng)度的大小。在剖面信手流網(wǎng)繪制時(shí)，具體做法：自“匯”的最低位置豎直向上作垂線井均分為若干等份。過每一分點(diǎn)作水平底板（或水平基準(zhǔn)面）的平行線變潛水水位線，各交點(diǎn)即為描繪各等勢線的起點(diǎn)，等勢線的條數(shù)可由繪圖者自己適定。4）確定相鄰兩條流線間的地下水通量根據(jù)流量連續(xù)性原理，相鄰兩條流線之間的地下水通量在運(yùn)移方向上是不變的，流線間距的大小表征了

6、過水?dāng)嗝娲笮〉淖兓＿@拌，在信手流網(wǎng)繪制中。若假定每相鄰兩條流線間的通量均相同，地下水徑流強(qiáng)度的變化亦可通過流線簇的疏密狀態(tài)形象地顯示出來。然而，地下水徑流強(qiáng)度取決于“源”“匯”的分布與強(qiáng)度、地勢的起伏、含水介質(zhì)的巖性及厚度等多種因素。很難用統(tǒng)一的方法去考慮。這是信手流網(wǎng)繪制中的一個(gè)難題。固此，在具體繪制流線時(shí)。要注意突出主導(dǎo)因素，概化非主導(dǎo)因素，從整體上把握宏觀的徑流特征。比如。地勢平坦、含水介質(zhì)為均質(zhì)各向同性、以降雨入滲為面源的情況，則可認(rèn)為相同間距上單寬降雨滲量相等。在繪制剖面信手流網(wǎng)時(shí)。流線的起始點(diǎn)間距也是相等的。對于非均質(zhì)介質(zhì)，流線簇通過強(qiáng)透水介質(zhì)變密，通過弱透水介質(zhì)變疏,相同根數(shù)的

7、流線簇隨過水?dāng)嗝娴淖冃《兠堋?）試畫盡管有上述諸項(xiàng)約束，但在具體描繪地下水信手流網(wǎng)過程中仍需要有豐富的水文地質(zhì)知識(shí)和較強(qiáng)的綜合分析能力以便合理地描述那些不能明確約束的空間域中的水流特征。因此，信手流網(wǎng)的描繪有一個(gè)試畫的過程。一般信手流網(wǎng)的試畫要遵循從“源”到“匯”、從已知到未知、從易到難和流線與等勢線正交的原則。從某種意義上講，信手流網(wǎng)的試畫是對地下水系統(tǒng)（含水系統(tǒng)和流動(dòng)系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)與功能再認(rèn)識(shí)的過程。對于地下水系統(tǒng)的演化，系統(tǒng)內(nèi)“源”“匯”的變化，可以通過描繪不同時(shí)期相對穩(wěn)定條件下的地下水信手流網(wǎng)，分析、揭示地下水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的演化過程與特征。6）檢驗(yàn)對畫出的信手流網(wǎng)的檢驗(yàn)包括兩個(gè)方面

8、:一是繪制是否符合規(guī)范要求;二是用信手流網(wǎng)能否解釋已知的水文地質(zhì)條件。在研究區(qū)實(shí)際資料較豐富的情況下。可用系統(tǒng)內(nèi)的水勢、水質(zhì)資料半定量地驗(yàn)證信手流網(wǎng)的合理性，一般情況下，從“源”到“匯”，隨徑流途徑的增長，地下水礦化度升高;在其它條件不變的情況下。流線越疏。說明地下水徑流越微弱，其地下水水質(zhì)也較差。最后通過反復(fù)修整，完成地下水信手流網(wǎng)圖。二、地下水信手流網(wǎng)的應(yīng)用傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，地下水流網(wǎng)是說明地下水徑流強(qiáng)度和地下水流向的重要工具。隨現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展,尤其是隨地下水系統(tǒng)理論的探入研究，地下水流網(wǎng)的實(shí)際意義更為突出，其應(yīng)用的深度和廣度已有明顯發(fā)展。從一定意義上講，地下水信手流網(wǎng)是定性分析許多水文

9、地質(zhì)以及與地下水有關(guān)的工程地質(zhì)問題的重要工具。1）一個(gè)剖面信手流網(wǎng)可以反映以下內(nèi)容：地下水徑流強(qiáng)度和流向；補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)和排泄區(qū)的相對位置；地下水流動(dòng)系統(tǒng)的層次性;一系統(tǒng)與鄰系統(tǒng)的聯(lián)系程度等。2）不同時(shí)期相對穩(wěn)定的信手流網(wǎng)可用以分析地下水流動(dòng)系統(tǒng)的演變。3）為了控制水勢場的分布。可以通過人為調(diào)控“源”“匯”的分布位置與強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。在這類問題的分析過程中，倍手流網(wǎng)的描繪是極為重要的。它可以指導(dǎo)“源”“匯”的調(diào)控方案的制定。比如，在淺層淡水和咸水相間分布的地區(qū)。由于集中開采談水，淡水地下水位低于咸水水位，導(dǎo)致咸水向淡水區(qū)運(yùn)移，形成以咸水為“源”、淡水為“匯”的水勢場。為了保護(hù)淡水資源、阻止咸水向淡

10、水運(yùn)移，可設(shè)計(jì)多種新的“源”“匯”分布的方案,包括引地表水構(gòu)成新“源”等。分別繪制不同方案的信手流網(wǎng)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步選擇方案進(jìn)行定量模擬提供依據(jù)。4）某些局部小空問尺度上的地下水信手流網(wǎng)的描繪，對分析一些工程地質(zhì)問題的形成與發(fā)展很有指導(dǎo)意義。女口，滑坡體的移動(dòng)，基坑或礦坑排水過程中出現(xiàn)的邊坡穩(wěn)定性分析等。此外，對污染物滲入補(bǔ)給地下水及其運(yùn)移影響范圍的分析時(shí);可溶巖分布區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律的討論以及巖溶含水系統(tǒng)的可移動(dòng)邊界的圈定等方面,地下水信手流網(wǎng)可做為一重要工具給以應(yīng)付。三、結(jié)語地下水信手流網(wǎng)是定量模擬地下水流動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通過描繪地下水信手流網(wǎng)，可以從整體上認(rèn)識(shí)地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律,從系統(tǒng)與環(huán)境的聯(lián)系尚認(rèn)識(shí)和分析地下水系統(tǒng)的層次性和相關(guān)性，分析地下水系