地下水概论第7部分 地下水的补给与排泄

1、LOGOHydrogeoloy 水文地质学水文地质学第七部分第七部分 地下水的补给与排地下水的补给与排泄泄Recharge，Discharge of G.W.Company L本章内容本章内容第一节第一节 地下水的补给地下水的补给第二第二 节地下水的排泄节地下水的排泄 第三节第三节 地下水补给与排泄对地下水水质的影响地下水补给与排泄对地下水水质的影响Company L本章内容本章内容地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环 ：含水层或含水系统从外界含水层或含水系统从外界获得获得水量的水量的过程过程 ：含水层或含水系统向外界含水层或含水系统

2、向外界排出排出水量的水量的过程过程Company L 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给Company L 补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化 v 思考思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？变化？ 地下水位上升，地下水位上升，增加了势能增加了势能，使地下水保持不停的流动，使地下水保持不停的流动 由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将停滞停滞 补给的研究包括：补给的研究包括

3、：补给来源、影响因素补给来源、影响因素(补给条件）补给条件）与与补补给量给量 地下水的补给来源有：地下水的补给来源有： 天然：天然：大气降水、地表水、凝结水大气降水、地表水、凝结水及及相邻含水层相邻含水层的补给等的补给等 人类活动有关的：人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏灌溉水入渗、水库渗漏及及人工回灌人工回灌Company L大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制讨论：入渗机制？影响因素影响因素？补给量的确定补给量的确定？ 1 1、大气降水入渗机制大气降水入渗机制 包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况

4、对降水人渗补给起着决定性作用构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用 目前认为，松散沉积物的降水入渗有目前认为，松散沉积物的降水入渗有两种方式两种方式： 降水入渗的现象降水入渗的现象 两类空隙的入渗过程两类空隙的入渗过程总结：总结： 均匀砂土层均匀砂土层活塞式活塞式 (piston/diffuse) 含裂隙的土层含裂隙的土层捷径式捷径式 (bypass) 山西黄土山西黄土Company L山西黄土及其入渗山西黄土及其入渗Company L1 1、大气降水入渗机制、大气降水入渗机制 v “活塞式活塞式”入渗入渗 适用条件：适用条件： 均匀的砂土层均匀的砂土层 降水降水初期初期 t1 ： 土层干

5、燥，吸水能力很强，雨水下渗快土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水降水延续延续 t2 ： 土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用， 下渗趋于稳定下渗趋于稳定渗润阶段，渗漏与渗透阶段渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水降水再持续再持续： 当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，当土层湿锋面推进到支持毛细水带时， 含水量获得补给，潜水位上升含水量获得补给，潜水位上升 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给 降水入渗过程水分分布曲线转页Company L降水入渗过程降水入渗过程湿湿 锋锋 面面 t1 t2 地面地面 潜水面潜水面 Company L入渗速率

6、随时间的变化入渗速率随时间的变化KCompany L下渗过程水分分布下渗过程水分分布渗润阶段渗润阶段渗漏、渗透阶段渗漏、渗透阶段Company L下渗过程中水分分布带下渗过程中水分分布带下渗水流运移模式的下渗水流运移模式的条件条件 ？ 饱和带饱和带- - 厚度厚度1.5cm 1.5cm 含水量接近含水量接近- - 水分传输带水分传输带 过渡带过渡带 含水量在含水量在- - 厚度厚度 湿润带湿润带 含水量变化大含水量变化大 湿润锋（面）湿润锋（面） 含水量含水量%深深度度cm 风干土风干土田田间间持持水水量量饱饱和和含含水水量量饱和带饱和带过渡带过渡带水分传输带水分传输带湿润带湿润带湿润锋湿润锋

7、Company L大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给1 1、大气降水入渗机制大气降水入渗机制 v“活塞式活塞式”入渗入渗 均匀砂土层均匀砂土层 v“捷径式捷径式”下渗下渗 空隙大小极悬殊空隙大小极悬殊 捷径式下渗，新水捷径式下渗，新水可以超过老水，优先可以超过老水，优先达含水层；达含水层； 捷径式下渗，不必捷径式下渗，不必包气带达到饱和即可包气带达到饱和即可补给下方含水层。补给下方含水层。t1t2捷径式下渗图捷径式下渗图Company L P = P = R Rs s + E +S + q+ E +S + qs s 气候因素气候因素（P P，E E）；）； 降水总量降水总量, ,降水

8、强度降水强度, ,降水频率；降水频率； 降水延续时间降水延续时间 总量大，强度适中，间隔短，时间总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。长的绵绵细雨最有利。 温度适中，温差较小，相对湿度大，温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小。蒸发强度小。 地形地形: : 高或低，陡或缓高或低，陡或缓 地质地质: : 渗透性愈大则愈有利渗透性愈大则愈有利 地下水位埋深：地下水位埋深： 其他：其他：Rs E P S qs 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给Company L大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给3 3、补给量的确定方法、补给量的确定方法 (1)(1)平原区一般采用

9、入渗系数法（平原区一般采用入渗系数法（） 降水入渗系数降水入渗系数多用年平均值表示多用年平均值表示 由经验与实验等方法得出由经验与实验等方法得出 全年降水入渗补给量：全年降水入渗补给量：Q = P Q = P F F 1000 1000 Q Q :m :m3 3/a/a， P :P : mm mm， :无量纲，无量纲， F: F: kmkm2 2 降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定 PqsCompany L双环注水法双环注水法-剖面图剖面图连续降水连续降水双环内环直径355 cm，高25 cm，打入土中15cm，外环直径505 cm，环高及

10、打入土中深度与内环相同，内外环之间维持水层深度为5 cm，加水用人工控制。Company Lv 地中渗透仪结构图地中渗透仪结构图入渗（蒸发）皿导水管地下观测室室边排水沟原状土皿内水位过滤管检查管过滤层防沉底座支架测压管马里奥特瓶水位调整接渗瓶加水管出水管通气管接渗管截门防水墙Company L大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给3 3、补给量的确定方法、补给量的确定方法 (2)(2)利用天然潜水位变幅确定利用天然潜水位变幅确定( (水位动态法水位动态法) )：在研究区地：在研究区地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱不受开采下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱不受开采影响的地段里，观测

11、不同包气带岩性、地下水位埋影响的地段里，观测不同包气带岩性、地下水位埋深，观测降水入渗引起的地下水抬升值深，观测降水入渗引起的地下水抬升值hh，并测定，并测定水位变动带的给水度水位变动带的给水度，则，则= q= qx x/ X = h/ X = h/ X / X (3)(3)山区降水入渗确定方法山区降水入渗确定方法Q-Q-年地下水排泄量年地下水排泄量f-f-汇水面积（汇水面积（kmkm2 2) )X-X-年降水量（年降水量（mm)mm)1000XfQhCompany L地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给v 地表水对地下水的补给（要求以自学为主）地表水对地下水的补给（要求以自学为主） v

12、地表水体地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源 v 河流补给河流补给: : 因地而异（空间上），不同部位，岩性等；因地而异（空间上），不同部位，岩性等； 因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系 (1)(1)比较比较长年性河流长年性河流与与季节性河流季节性河流对地下水的补给的异同点？对地下水的补给的异同点？ (2)(2)河流补给的主要影响因素有哪些？河流补给的主要影响因素有哪些？ (3)(3)如何确定河水对地下水的补给量？如何确定河水对地下水的补给量？ v 补给补给必要条件必要条件： 有水力联

13、系有水力联系 地表水水位高于地下水水位地表水水位高于地下水水位季节性河流河流不同部位Company L季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水Company L河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系Company Lv 越流越流地下水地下水量的内部转化量的内部转化 v v 潜水潜水承压水之承压水之间的补给间的补给 v v 思考题：思考题： 图图7-117-11（右图）（右图）中泉水的大小与中泉水的大小与哪些因素有关！哪些因素有关！ 越流Company L越流越流（LeakageLeakage）：具有）：具有一定水头差一定水头差的相邻含水层，通的相邻含水

14、层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程 经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层越流量如何计算？越流量如何计算？Company Lv 含水层通过含水层通过钻孔钻孔发发生水力联系生水力联系含水层通过含水层通过导水断层导水断层 发生水力联系发生水力联系含水层之间的水力联系含水层之间的水力联系Company Lv 地下水排泄的研究地下水排泄的研究包括：包括： 排泄方式、影响因素、排泄量的确定排泄方式、影响因素、排泄量的确定 v 排泄方式排泄方式： 泉泉（点点状状排泄）排泄） 向地表水体向地表水体泄流泄流（河流（河

15、流线线状状）、向）、向相邻含水层相邻含水层的的排泄排泄 蒸发（蒸发（面面状状排泄）排泄） v 前三种排泄方式称为前三种排泄方式称为径流排泄径流排泄，与，与蒸发排泄蒸发排泄的的区别区别： 径流排泄径流排泄水分（盐分）呈液态排出水分（盐分）呈液态排出, ,盐随水去盐随水去 蒸发排泄蒸发排泄水分呈气态排出，盐分积累下来，水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐留水去盐留 Company L一一 泉泉 springv 泉是地下水的天然露头，多为泉是地下水的天然露头，多为“点点”状，属状，属径流排泄径流排泄 v 泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结

16、果，据补给泉的含水层类型可将泉划分为据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉上升泉、下降泉。 1.1.下降泉下降泉( (出露潜水含水层中的泉）出露潜水含水层中的泉） 根据出露条件又将下降泉分为：根据出露条件又将下降泉分为： 侵蚀泉：地形切割到潜水面侵蚀泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉下降泉Company L下降泉下降泉 侵蚀泉： 地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉： 地形切割至隔水底地形切割至隔水底板板 溢流泉： 水流在前方受阻，水流在前方受阻，水位抬

17、升，而溢流水位抬升，而溢流成泉成泉Company L上升泉上升泉 v 2. 上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉根据出露条件分为：上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉侵蚀泉，断层泉，接触带泉Company L一泉一泉 spring 3. 3. 研究泉的意义？研究泉的意义？ 直接直接得到水文地质资料；通过泉的出露标高、流量、动态、温度、得到水文地质资料；通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合分析与泉水成因有关地质、水化学，可以综合分析与泉水成因有关地质、水文地质条件水文地质条件 地下水位标高，地下水位标高，岩层的含水性（透水性），岩层的

18、含水性（透水性）， 含水岩层的补给，循环（交替）含水岩层的补给，循环（交替）地质构造、断层等，地质构造、断层等， 供水水源（直接利用）。供水水源（直接利用）。 间接间接分析出水文地质信息。分析出水文地质信息。 a. a. 泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层 b. b. 泉出露处断层的导水性泉出露处断层的导水性 c. c. 泉的流量大小：导水性的好坏泉的流量大小：导水性的好坏 d. d. 泉的温度：地下水循环深度泉的温度：地下水循环深度 e. e. 泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏Company L山东济南

19、百脉泉山东济南百脉泉在实际中泉的成因与定名是比较难判定的在实际中泉的成因与定名是比较难判定的 P76-77为济南全群成因条件分析为济南全群成因条件分析-请自学请自学Company Lv河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流泄流 v地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定定 Company L蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾 蒸发与蒸散腾蒸发与蒸散腾 e evaporation & evapotranspiration 土面蒸发土面蒸发： 潜水通过包气带耗失水分潜水通过包气带耗失水分 叶面蒸腾叶面

20、蒸腾： 通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水而蒸发消耗而蒸发消耗 （一株大的植物，犹如一台生物抽水机）（一株大的植物，犹如一台生物抽水机） Company L蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾1、土面蒸发过程土面蒸发过程 v 包气带水分直接耗失包气带水分直接耗失降低包气带水分含量，加大亏损降低包气带水分含量，加大亏损量，潜水通过支持毛细水带将水传输到包气带蒸发，使量，潜水通过支持毛细水带将水传输到包气带蒸发，使地下水位下降地下水位下降 v 毛细上升速度毛细上升速度: : 蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细水带下降，水带下降，V VC C上升，至蒸发速度上升，至蒸发速度V VE EVVC C时，维持稳定的蒸时，维持稳定的蒸发排泄，排泄的结果，水分不断消耗，地下水位下降，