第八章 地下水的补给与排泄

1、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 补给补给：含水层或含水系统从外界获得水量的含水层或含水系统从外界获得水量的过程过程 排泄排泄：含水层或含水系统向外界排出水量的含水层或含水系统向外界排出水量的过程过程第一节第一节 地下水的补给地下水的补给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 思考思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生补给获得水量后，含水层或含水系统会发生 什么变化？什么变化？ 补给的研究包括：补给的研究包括：补给来源、影响因素与补给量补给来源、影响因素与补给

2、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、凝结水及相邻含水层：大气降水、地表水、凝结水及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讨论：入渗机制？影响因素？补给量的确定？讨论：入渗机制？影响因素？补给量的确定？ 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对降水入渗补给起着决定性性结构和含水量状况对降水入渗补给起着决定性作用作用 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

3、渗有两种方式：两种方式： 均匀砂土层均匀砂土层活塞式活塞式 含裂隙的土层含裂隙的土层捷径式捷径式一、大气降水补给一、大气降水补给山西黄土垂直裂隙及其捷径下渗山西黄土垂直裂隙及其捷径下渗1、大气降水入渗补给机制、大气降水入渗补给机制 “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 降水初期降水初期 t1： 土层干燥，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 降水延续降水延续 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 降水再持

4、续：降水再持续： 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，潜水位上升一、大气降水补给一、大气降水补给湿湿 锋锋 面面 t1 t2 地面地面 潜水面潜水面 降水入渗过程降水入渗过程Ks入渗速率随时间的变化入渗速率随时间的变化)(ZhZkVctVt入渗率入渗率Z湿润前锋推进距地面深度的距离湿润前锋推进距地面深度的距离hc毛细压力水头毛细压力水头渗润阶段渗润阶段渗漏、渗透阶段渗漏、渗透阶段下渗过程水分分布下渗过程水分分布含水量含水量%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

5、输带水分传输带湿润带湿润带湿润锋湿润锋下渗过程中水分分布带下渗过程中水分分布带一、大气降水补给一、大气降水补给1、大气降水入渗、大气降水入渗补给机制补给机制 “活塞式活塞式”入渗入渗 均匀砂土层均匀砂土层“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，新水可以捷径式下渗，新水可以超过老水，优先达含水超过老水，优先达含水层；层； 捷径式下渗，不必包气捷径式下渗，不必包气带达到饱和即可补给下带达到饱和即可补给下方含水层。方含水层。t1t2捷径式下渗图捷径式下渗图一、大气降水补给一、大气降水补给2、四种不同时间尺度的补给、四种不同时间尺度的补给1）短期补给）短期补给: 干、湿季节

6、分明地区一次大雨后；干、湿季节分明地区一次大雨后；2）季节性补给：）季节性补给：有规律的季节性；有规律的季节性；3）永久性补给：）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补湿润的热带地区，总有向下的水入渗补给；给；4）历史性或古补给：）历史性或古补给：古代埋藏水。古代埋藏水。3、补给量的确定方法、补给量的确定方法 平原区一般采用入渗系数法（平原区一般采用入渗系数法（ ） 全年降水入渗补给量：全年降水入渗补给量：Q =X F1000 m3/a，mm，无量纲，无量纲，km2 降水入渗系数多用年平均值表示降水入渗系数多用年平均值表示降水入渗系数降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定可用入渗

7、试验仪、地中渗透仪来测定由经验与实验等方法得出由经验与实验等方法得出一、大气降水补给一、大气降水补给XqX ：降水入渗系数：降水入渗系数; qx：年降水入渗量：年降水入渗量(mm);X：年降水量：年降水量(mm).4、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素 X = Rs + E +S + qX 气候因素气候因素（X，E）：）： 降水总量降水总量,降水强度降水强度,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，相对湿度温度适中，温差较小，相对湿度 大，蒸发强度小。大，蒸发

8、强度小。 地形地形: 高或低，陡或缓高或低，陡或缓 地质地质: 包气带岩性包气带岩性 地下水位埋深地下水位埋深： 其他其他：植被、城市化植被、城市化一、大气降水补给一、大气降水补给大气圈大气圈地面地面包气带包气带（水分滞留）（水分滞留）含水层含水层（获得补给）（获得补给）地表地表径流径流蒸蒸发发降降水水入入渗渗Rs E X S qX 岩性及水位埋深对降雨入渗补给的影响岩性及水位埋深对降雨入渗补给的影响0 2 4 6 8 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 降雨入渗系数 水位埋深水位埋深 m 粉细砂粉细砂 亚粘土亚粘土 夹层土夹层土 双环注水法双环注水法-剖面剖面图图连续降水连续降水双环入渗

9、试验装置双环入渗试验装置河南郑州均衡试验场地中渗透仪河南郑州均衡试验场地中渗透仪 试验土柱试验土柱 地下观测室地下观测室l适用于温带地区地下水埋深不适用于温带地区地下水埋深不大、易扰动土壤结构大、易扰动土壤结构地中渗透仪结构图地中渗透仪结构图地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给 地表水体地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源来源 河流补给河流补给: : 因地而异（空间上），因地而异（空间上），不同部位，岩性等；不同部位，岩性等； 因时而异（时间上），因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系。不同季节，不同补排关系。 二、地表水对地下水

10、的补给二、地表水对地下水的补给 季节性河流季节性河流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二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给比较比较常年性河流常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？ 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？ 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？ 地表水补给地下水的地表水补给地下水的必要条件必要条件有哪些

11、？有哪些？三、凝结水的补给三、凝结水的补给温度降低时，饱和湿度降低，温度降到一定程度，温度降低时，饱和湿度降低，温度降到一定程度，绝对湿度与饱和湿度相等，继续下降，超过饱和湿绝对湿度与饱和湿度相等，继续下降，超过饱和湿度的那部分水汽凝结成水，由气态水转化成液态水度的那部分水汽凝结成水，由气态水转化成液态水的过程称为凝结作用。的过程称为凝结作用。潜水潜水承压水之承压水之间的补给间的补给 越流越流 地下地下水量的内部转化水量的内部转化思考题：思考题： （右图）中泉水（右图）中泉水的大小与哪些因的大小与哪些因素有关？素有关？ 四、含水层之间的补给四、含水层之间的补给越流越流：具有一定水头差的相邻含水

12、层，通过其间的弱：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程。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。 思考：思考：越流量如何计算？越流量如何计算？天窗、越流天窗、越流地下水量的内部转化地下水量的内部转化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四、含水层之间的补给四、含水层之间的补给五、地下水的人工补给五、地下水的人工补给1透水层；2弱透水层；3地下水位；4地表水位及井中水位；5水流方向；6井人工补给地下水的方式人工补

13、给地下水的方式第二节第二节 地下水的排泄地下水的排泄趵突泉长白山温泉地下水排泄的研究包括：地下水排泄的研究包括： 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 排泄方式：排泄方式： 泉（点状排泄）泉（点状排泄） 向地表水体泄流（河流向地表水体泄流（河流线状）、向相邻含水层的排泄线状）、向相邻含水层的排泄 蒸发（面状排泄）蒸发（面状排泄） 前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：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，水去盐留水分呈气态排

14、出，盐分积累下来，水去盐留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。 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果， 根据补给泉的含水层类型可将泉划分为根据补给泉的含水层类型可将泉划分为下降泉下降泉上层滞水和潜水补给，流量和水质季节性变化上层滞水和潜水补给，流量和水质季节性变化上升泉上升泉承压水补给，流量稳定，水质较好承压水补给，流量稳定，水质较好1.下降泉下降泉(出露于潜水含水层中的泉）出露于潜水含水层中的泉） 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： 侵蚀泉侵蚀泉：地形切

15、割到潜水面：地形切割到潜水面 接触泉接触泉：地形切割至隔水底板：地形切割至隔水底板 溢流泉溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉一、一、泉泉下降泉下降泉一、一、泉泉侵蚀泉：侵蚀泉： 地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉：接触泉： 地形切割至隔水底地形切割至隔水底板板 溢流泉：溢流泉： 水流在前方受阻，水流在前方受阻，水位抬升，而溢流水位抬升，而溢流成泉成泉下降泉下降泉一、一、泉泉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7.

16、2.1泉泉spring（续（续2） 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；得到水文地质资料；间接间接分析出水文地质信息。分析出水文地质信息。 通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合分析与泉水成因有关地质、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）。 a. 泉出露两侧岩层的含水性：含水

17、层；隔水层泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层 b. 泉出露处断层的导水性泉出露处断层的导水性 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. 泉的温度：地下水循环深度泉的温度：地下水循环深度 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4 4、泉的动态、泉的动态 1 1）概念：指泉的各要素（流量、水位、温度、）概念：指泉的各要素（流量、水位、温度、化学成分）随时间变化。化学成分）随时间变化。 2 2）泉的动态类型划分）泉的动态类型划分： 根据根据不稳定系数不稳定系数 R = R = Q Qminmin( (一年内一年内)/)/Q

18、Qmaxmax（一年内）（一年内） 4 4、泉的动态特征：、泉的动态特征： 下降泉呈季节性变化，丰水季节流量大，枯下降泉呈季节性变化，丰水季节流量大，枯水季节流量小，甚至干枯，动态类型属水季节流量小，甚至干枯，动态类型属 型；型； 上升泉受气象因素影响大小，流量稳定，属上升泉受气象因素影响大小，流量稳定，属 型；型； 岩溶泉有上升泉与下降泉之分，其特点是极岩溶泉有上升泉与下降泉之分，其特点是极不稳定，属不稳定，属 型。型。 （1）比较W1和W2钻孔水位高低，比较W3和W4钻孔水位高低（可画图表示）；（2）指出泉A和B属于上升泉还是下降泉；（3）图2中的两个泉流量曲线分别属于泉A和B，请指出哪一

19、个（实线或虚线）属于泉A，哪一个（实线或虚线）属于泉B；（4）如果在W4中投入某放射性物质，在W1和W2中哪个孔最先观察到? 7.2.1泉泉spring（续（续2）一、一、泉泉山东济南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温泉河流切割含水层时，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 地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定 二、二、泄流泄流二、二、泄流泄流玛纳斯河1955年日平均流量过程线补给类型分割图1深层地下水补给；2融雪水补给；3浅层地下水补给；4降雨补给；5高山冰雪融水补给土面

20、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 叶面蒸腾叶面蒸腾： 通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面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水而蒸发消耗 （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）1、土面蒸发过程土面蒸发过程 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，使地下水位下降发，使地下水位下降 蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细水带下降，蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细水带下降，VC上升，至蒸发速度上升，至蒸发速度VEVC时，维持稳定的蒸发排泄，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，盐分不断排泄的结果，水分不断消耗，地下水位下降，盐分不断积累在土层上部！积累在土层上部！ 毛细上升速度毛细上升速度: VC =KH/L 土壤蒸发过程示意图土壤蒸发过程示意图L 无无蒸蒸发发 有有蒸蒸发发 土面蒸发过程土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程毛细水上升消耗过程H 影响因素影响因素a.气候因素气候因素： 干燥，气温高，蒸发量愈大