水文地质学课件32学时ppt 第6章 地下水的补给与排泄

水文地质学

Hydrogeology

防灾科技学院宋洋第六章地下水的补给与排泄提要

要求掌握地下水补给来源（降水、地表水、凝结水等）、地下水排泄途径（泉、泄流、蒸发、蒸腾等）、地下水径流特征的基本概念、基本理论和基本方法；地下水补给与排泄对地下水水质的影响；人类活动对地下水水量水质的影响。

本章内容6.1地下水的补给

含水层或含水系统从外界获得水量的过程。6.2地下水的排泄含水层或含水系统失去水量的过程。6.3地下水径流地下水从补给区向排泄区运动的过程。

6.4地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响

基本概念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：含水层或含水系统从外界获得水量的过程，水量增加的同时，盐量、能量等也随之增加。排泄：含水层或含水系统向外界排出水量的过程，减少水量的同时，盐量和能量等也随之减少。

基本概念根据地下水循环位置，可分为补给区、径流区、排泄区。

径流区是含水层中的地下水从补给区至排泄区的流经范围。

水文地质条件是地下水埋藏、分布、补给、径流和排泄条件、水质和水量及其形成地质条件等的总称。

补给区（rechargearea）是含水层出露或接近地表接受大气降水和地表水等入渗补给的地区。

排泄区（dischagearea）含水层或含水系统失去水量的过程。6.1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思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？地下水位上升，增加了势能，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，地下水的流动将停滞补给的研究包括：补给来源、补给机制、影响因素、补给量地下水的补给来源有：天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌6.1.1大气降水对地下水的补给讨论：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两种方式：降水入渗的现象—两类空隙的入渗过程——总结：均匀砂土层——活塞式(piston/diffuse)含裂隙的土层——捷径式(bypass)山西黄土及其入渗1、大气降水入渗机制“活塞式”入渗——适用条件：均匀的砂土层降水初期

t1：土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快降水延续

t2：土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，下渗趋于稳定——渗润阶段，渗漏与渗透阶段降水再持续：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6.1.1大气降水对地下水的补给降水入渗过程

湿锋面t1t2地面潜水面（降水入渗能力）垂向渗透流速v=Q/t，取决于包气带岩性K入渗速率随时间的变化下渗过程水分分布渗润阶段渗漏、渗透阶段下渗过程中水分分布带下渗水流运移模式的条件？饱和带--

厚度1.5cm

含水量接近--水分传输带

过渡带含水量在--

厚度湿润带

含水量变化大湿润锋（面）

含水量%深度cm风干土田间持水量饱和含水量饱和带过渡带水分传输带湿润带湿润锋6.1.1大气降水对地下水的补给1、大气降水入渗机制“活塞式”入渗——均匀砂土层“捷径式”下渗——空隙大小极悬殊活塞式与捷径式区别：①捷径式下渗，新水可以超过老水，优先达含水层；②捷径式下渗，不必包气带达到饱和即可补给下方含水层。t1t2捷径式下渗图6.1.1大气降水对地下水的补给2、降水补给的影响因素P=R+E+ΔS+G

气候因素（P，E）：1.年降水量2.降水强度和延续时间总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小。地质:3.包气带：a岩性、b厚度、c含水量4.地形:

高或低，陡或缓5.地下水位埋深：6.植被发育人类工程REPSG6.1.1大气降水对地下水的补给3、降水入渗补给量（1）平原区大气降水入渗补给量一般采用入渗系数法（α）降水入渗系数多用年平均值表示，由经验与实验等方法得出

全年降水入渗补给量：Q=a

·P·F·1000式中：Q----降水入渗补给地下水量（m3/a）；P----年降水量（mm）；a----降水入渗系数；F----补给区面积（km2）。确定a的常用方法：入渗试验仪、地中渗透仪来测定书中P74-75,介绍了天然潜水位动态法双环入渗试验装置双环注水法--剖面图——连续降水地中渗透仪结构图a=G/Pr6.1地下水的补给3、降水入渗补给量（2）山区降水入渗补给量的确定可通过测定地下水的排泄量反求其补给量，包括河川基流量（泉流量）、潜流量、开采量、蒸发量等，可以通过基流切割法确定河川基流量。山区入渗系数为

式中Q----地下水年排泄量（m3/a），余同上。潜水和承压水含水层接受降水及地表水补给的条件不同。潜水在整个含水层分布面积上都能直接接受补给，而承压水仅在含水层出露于地表，或与地表连通处方能获得补给。因此，地质构造与地形的配合关系，对承压含水层的补给影响极大。含水层出露于地形高处，充其量只能得到出露范围（补给区）大气降水的补给。出露于低处，则整个汇水范围内的降水都有可能汇集补充。切穿承压含水层隔水顶板的导水断层，在有利的地形条件下，也能将大范围内的降水引入含水层。汇水区的大小也影响潜水含水层接受补给6.1.2地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给（要求以自学为主）补给来源：地表水体（河、湖、水库等）补给机制: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？Qsr=KIATsinq地表水补给地下水的必要条件有哪些：存在水力联系地表水水位高于地下水水位（存在水头差）作业：比较长年性河流与季节性河流对地下水的补给的异同点？河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系季节性河流补给地下水丰水期6.1.3含水层之间的补给（自学）越流——地下水量的内部转化潜水—承压水之间的补给思考题：图7-11（右图）中泉水的大小与哪些因素有关！越流（Leakage）：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？含水层通过钻孔发生水力联系含水层通过导水断层发生水力联系含水层之间的水力联系6.1.3含水层之间的补给多层松散层中含水层通过天窗及越流发生补给。越流量计算公式：式中Ql----越流补给量（m3/a）；K----弱透水层的渗透系数（m/d）；M----弱透水层的厚度（m）；HA、HB----含水层A和B的水头（m）；I---水力梯度；F----越流面积（m2）；T----越流时间（d/a）。6.1.4凝结水的补给凝结作用指气温下降到一定程度由气态水转化为液态水的过程。一般情况下，凝结形成的地下水相当有限。但是，高山、沙漠等昼夜温差大的地方，凝结水对地下水补给很重要。6.1.5地下水的其它补给来源

（1）水库渗漏。（2）灌溉渗漏：灌溉渠系、灌溉田间渗漏补给。（3）工业及生活废污水的渗漏补给。（4）人工补给地下水：采用有计划的人为措施补充含水层的水量。

目的：①补充与储存地下水资源，抬升地下水位；②储存热源、冷源；③控制论地面沉降；④防止海水倒灌、咸水入侵；

⑤改善生态环境

6.1地下水的补给人工补给地下水的方式①地面②河渠③坑池蓄水渗补④井孔灌注。人工补给地下水的方式有：①地面，②河渠，③坑池蓄水渗补，④井孔灌注。6.2地下水的排泄地下水排泄的研究包括：排泄方式、排泄机制、影响因素、排泄量的确定排泄方式：泉（点状排泄）向地表水体泄流（河流—线状）、向相邻含水层的排泄蒸发蒸腾（面状排泄）人工排泄前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：径流排泄—水分（盐分）呈液态排出,盐随水去蒸发排泄—水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐留6.2.1泉spring定义：

泉是地下水的天然露头。多为“点”状，属径流排泄分类：根据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。根据出露成因将上升泉可分为：侵蚀（上升）泉、断层泉和接触带泉。根据出露条件又将下降泉分为：侵蚀泉、接触泉、溢流泉1.下降泉——出露潜水含水层中的泉

侵蚀泉：（a、b）地形切割到潜水面

接触泉：（c）地形切割至隔水底板出露溢流泉：（d、e、f、g）水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉2.上升泉（出露于承压含水层中的泉）侵蚀上升泉：侵蚀作用下，地形切割揭露承压含水层的隔水顶板形成的泉。（h）接触带泉：岩脉或岩浆岩侵入体与围岩的接触带，地下水沿冷凝收缩形成的裂隙上升成泉。（j）断层泉：地形面切割导水断裂，断裂带测压水位高于地面时出露成泉。（i）6.2.1泉spring*3.泉的水文地质意义泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学特征

判明地下水的排泄条件；判明含水层特征—环境；说明地下水补给条件，圈定富水区；判定山区泉域的含水性、导水性；判定泉所在含水层的化学特征。a.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c.泉的流量大小：导水性的好坏d.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湖南省娄底市娄星区石井乡山泉村1、变质岩及花岗岩，泉多而分散，流量小，说明富水性差。接触带出现上升泉，说明部分接触带张开而形成导水通道。2、下寒武为隔水层，仅断层带局部导水；中寒武是较好的含水层；上寒武基本上可看作隔水层。3、奥陶系厚层灰岩中，地表水系不发育；泉数量不多而涌水量大，为1-10L/s，个别大于10L/s；大多出露于与其他地层交接处，说明富水性强，是本区最好的含水层。4、个别地段的断裂带出露泉而流量为1-10L/s，说明断层有一定导水能力。5、第四系出现流量大的温泉，断裂的深循环地下水，导水性良好。不同岩性岩石的富水性比较6.2地下水的排泄（5）实例：地形、地质、水文地质条件巧妙地结合形成大泉。济南泉水：2.60km2内有106个泉，Qmax=5m3/s。广西地苏暗河：4.0~489.0m3/s（F=1000km2）。山西晋祠泉：1.90m3/s，黑龙洞泉：4.6~38.5m3/s(1159km2)。山西娘子关泉：13.2m3/s（1959年）~11.50m3/s（1977年），平均12.71m3/s。山西大于1m3/s的大泉（群）有19处，流量97.98m3/s（30.91亿m3/a），小些的泉（群）有34处，流量10.4m3/s（3.27亿m3/a），合计流量108.38m3/s（34.81亿m3/a）。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P76-77为济南全群成因条件分析-请自学济南泉群河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为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6.2.2泄流6.2.3蒸发和蒸腾

水面蒸发：是潜水以气体形式通过包气带向大气排泄水量的过程。土面蒸发：潜水通过包气带耗失水分叶面蒸腾：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

6.2.3蒸发和蒸腾的影响因素a.气候因素：干燥，气温高，蒸发量愈大b.地下水位埋深：超过蒸发极限深度则蒸发→0如：华北地区，水位埋深>5m，基本不考虑蒸发干旱地区，极限水位埋深大；湿润地区极限埋深小c.包气带岩性：6.2.3蒸发和蒸腾的影响因素c.包气带岩性：hc和毛细上升速度Vc=KI

容易产生盐碱化的是哪类土？岩性砂砾石粉砂亚砂粘土K大中小极小hc小/极小中大很大Vc小大中小6.2.4蒸发量的测定方法地中渗透仪潜水位动态经验公式式中e----蒸发强度(mm/d)；

e0----z=0时水面蒸发强度(mm/d)；

△i-----地下水位埋深(m)；

△0-----地下水位临界埋深，1~5m；

n-----指数，一般1≤n≤3；

m-----水位变动带给水度（Sy）；

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