6-地下水的补给与排泄

6地下水的补给、排泄与径流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排泄：含水层或含水系统向外界排出水量的过程径流：地下水由补给区向排泄区流动的过程

6.1地下水的补给6.2地下水的排泄6.3地下水的径流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、影响因素与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等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——活塞式含裂隙的土层——捷径式6.1.1大气降水对地下水的补给入渗模型 1.“活塞式”入渗 ——适用条件：均匀的砂土层 2.捷径式下渗 ——适用条件：颗粒较粗，孔隙较大或虫孔发育多，有较多植物根系

“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，重力和静水压力的传递作用下，下渗趋于稳定——渗润阶段降水再持续：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“活塞式”入渗降水入渗过程水分分布带转页入渗速度入渗过程（i~t）入渗率：在单位时间内渗入单位面积 的入渗降雨量。

（1）降雨充沛p0>i

（2）降雨强度p0<i降水入渗过程湿锋面t1t2地面潜水面下渗过程中水分分布带饱和区--

厚度1.5cm

含水量接近饱和水分传输区含水量略小，且基本保持不变湿润区

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区过渡区水分传输区湿润区湿润锋捷径式下渗“捷径式”下渗——空隙大小极悬殊①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捷径式下渗图山西黄土山西黄土及其入渗2、降水补给的影响因素P=Rs

+E+ΔS+qs气候因素（P，E）；降水总量,降水强度,降水频率；降水延续时间总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。温度适中，相对湿度大，蒸发强度小。地形:

高或低，陡或缓地质:

渗透性愈大则愈有利植被地下水位埋深RsEPSqs6.1.1大气降水对地下水的补给6.1.1大气降水对地下水的补给3、补给量的确定方法一般采用入渗系数法（α）年降水入渗补给含水层的量（mm）年降水量（mm）降水入渗系数多用年平均值表示α通常在0.2-0.5之间，南方岩溶地区可高达0.8以上，西北极端干旱地区的山间盆地则趋于0。6.1.2地表水对地下水的补给地表水体：江、河、湖、海、水库、池塘等河流补给: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，不同补排关系地表水补给地下水的必要条件有哪些：有水力联系地表水水位高于地下水水位季节性河流河流不同部位季节性河流补给地下水河流不同部位地表水与地下水

之间的补给关系6.1.2地表水对地下水的补给河流补给的主要影响因素有哪些？①河床的透水性②水位差③河床渗漏段的长度④河床湿周（浸水边界）⑤河床过水时间如何确定河水对地下水的补给量？测流：测定其上下断面的流量6.1.3含水层之间的补给补给条件具有水力联系两含水层之间存在水头差补给形式接触型直接补给通过联系通道间接补给（天窗、越流、断层、钻孔）接触型直接补给潜水—承压水之间的补给通过联系通道间接补给天窗和越流越流：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通过联系通道间接补给6.1.4凝结水的补给过程 夏季的白天，大气和土壤均吸热增温；到夜晚，土壤散热快而大气散热慢。地温降到一定程度，土壤孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，土壤空气的绝对湿度随之降低，导致大气中水汽压力与土壤空气中水汽压力不平衡，地面大气中水汽向土壤中运动并发生凝结，如此不断补充，不断凝结，当形成足够的液滴状重力水后，便可下渗补给地下水。分布地区 多在高山、沙漠等昼夜温差较大的地区，尤其是降雨稀少，地表径流贫乏的西北、内蒙等荒漠干旱地区。凝结水也是地下水的主要来源之一。6.1.5地下水的人工补给无意识的：人类某些生产活动引起的对地下水的补给，如修建水库，农业灌溉、渠道渗漏等。专门的：有意识的修建一些工程，采取一些措施，将地表水引入或灌回地下，如人工回灌目的 ①补充地下水资源，增大含水层的存储量，进行季节和多年性调节 ②调节水温（如冬灌夏用，夏灌冬用），提供冷热水源 ③保持含水层的水头压力，防止或控制地面沉降 ④改善地下水水质（溶剂增多） ⑤防止或减少海水入侵回灌水质要求 ①通常要比原地下水水质好，最好达到饮用水标准 ②回灌后不能出现水质变坏污染 ③回灌水中应不含使井管和滤水管腐蚀的特殊离子、侵蚀性气体。6.2地下水的排泄定义：含水层或含水系统向外界排出水量的过程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：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（面状排泄）人工开采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泉概念：泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点地下水出露成泉。多为“点”状，属径流排泄，是地下水排泄转化为地表水的主要形式。

泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，一般多分布于山区和山前地带、山前冲洪积扇中下部溢出带。据补给泉的补给来源可将泉划分为下降泉、上升泉下降泉：由潜水或上层滞水补给，流量和水质季节性变化较明显 根据泉的形成条件又将下降泉分为：侵蚀泉：地形切割到潜水面接触泉：地形切割至隔水底板溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉上升泉：由承压含水层补给，流量稳定，水质一般较好侵蚀泉：

当河流、冲沟等切穿承压含水层的隔水顶板时，形成侵蚀（上升）泉断层泉：承压含水沿层被导水断层切割时，如果测压水位高于地表，地下水便沿断层上升流出地表，形成断层泉，断层泉常沿断裂线成串分布。接触带泉：岩脉或侵入体与围岩的接触带，常因冷凝收缩而产生隙缝，地下水沿此类接触带上升成泉，就叫做接触带泉下降泉

侵蚀泉：地形切割到潜水面

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，而溢流成泉上升泉侵蚀泉：当河流、冲沟等切穿承压含水层的隔水顶板时，形成侵蚀（上升）泉断层泉：承压含水沿层被导水断层切割时，如果测压水位高于地表，地下水便沿断层上升流出地表，形成断层泉，断层泉常沿断裂线成串分布。接触带泉：岩脉或侵入体与围岩的接触带，常因冷凝收缩而产生隙缝，地下水沿此类接触带上升成泉，就叫做接触带泉

6.2.1泉3.研究泉的意义？直接得到水文地质资料；间接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，可以综合分析与泉水成因有关地质、水文地质条件（1）根据泉的出露情况，判断岩层的含水性。（2）泉水的流量可以确定含水层的富水程度。（3）根据泉水的物理性质、化学成分，可以了解各含水层的水质特征。（4）通过泉的动态观测，可以获得地下水动态的初步概念。（5）根据泉的流量，可以作为论证地下水允许开采量保证程度的依据。（6）根据泉的流量，可以计算地下水径流模数。（7）泉的研究有利于判断地质构造。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蒸发土面蒸发：潜水通过包气带耗失水分叶面蒸腾：植物在生长过程中，经由根系吸收水分，并通过页面蒸发散失。（蒸腾）（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）土面蒸发稳定蒸发阶段：取决于大气蒸发能力。地下水通过毛细管不断地向地表充分输水，蒸发量大而稳定；降低变化阶段：蒸发强度随着表层土含水率降低而变化。此时，毛细管开始断裂，地下水向地表的输送能力减弱，表层蒸发消耗的水得不到及时的补充，土壤含水率逐渐降低，蒸发强度也逐渐减弱。同时受外界气象条件和土壤输水能力的控制，蒸发减弱。相对稳定阶段：此时毛细管的输水机制完全被破坏，含水率低，潜水蒸发量小而稳定。蒸发的结果：水分不断消耗，地下水位下降，盐分不断积累在土层上部！蒸发的影响因素a.气候因素：干燥，气温高，蒸发量愈大b.地下水位埋深：蒸发极限埋深：随着埋深的增加，潜水的蒸发逐渐减少，达到一定深度后就停止蒸发，这一深度称为潜水蒸发极限埋深。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；西北干旱地区，极限水位埋深>

10m；湿润地区极限埋深小c.包气带岩性：潜水蒸发量与水位埋深关系曲线蒸发影响因素c.包气带岩性：蒸发与毛细上升速度Vc和高度hc有关

问：容易产生盐碱化的是哪类土？粉砂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小大中小叶面蒸发蒸腾的深度：受植物根系分布深度的控制。在潜水位深埋的干旱、半干旱地区，某些灌木的根系深达地下数十米，蒸腾作用的影响深度相对较大。蒸腾的结果：只消耗水分而不带走盐类。植物根系吸收水分时，也吸收一部分溶解盐类，但是，只有喜盐植物才吸收较多盐分。饥饿草原护田林对潜水位的影响其它岩溶地区以暗河形式排出地表向相邻含水层排泄人工排泄6.3地下水的径流定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称为径流。地下水径流：径流方向、径流强度、径流量、径流模式径流方向及交替类型方向：高水位到低水位；补给区到排泄区地下水交替类型：垂向交替：蒸发、入渗、越流。如，在无出口的内陆盆地，地下水的补给来源以大气降水入渗补给为主，或存在地表水的垂直渗漏补给，而地下水的排泄出路只有潜水蒸发。由此，地下水的交替循环主要是在垂向进行。侧向交替：泉、泄流、河间地块。如，在泉和向地表水排泄处，如排泄基准面低，排泄条件良好，地下水的水交替循环主要是在水平方向上进行。混合交替：介于上述两类型之间，两类地下水水交替都有，自然界中的地下水大都属于混合交替，但有以垂向交替为主和以侧向交替为主之别。径流强度及径流基本类型径流强度：单位时间内通过单位过水断面的水量——渗透速度。V=KI影响因素：含水层的透水性、水头差、径流距离径流基本类型1.畅流型：地下水的流线近似平行，水力梯度大且沿流向变化不大，侧向交替占绝对优势，垂向交替极弱，补排条件良好，地下径流通畅，水交替积极，形成水质良好、矿化度很低的淡水资源。2.汇流型：地下水的流线在平面上呈汇集状，水力梯度由小变大。其水交替在承压水属侧向交替；但在潜水盆地则主要属混合型，其中间部位垂向交替比重较大，而在边缘处则以侧向交替为主。排泄条件取决于出口条件，一般情况下水交替较积极。3.散流型：地下水的流线与汇流型相反，在平面上呈散射状。水力梯度由大变小。其水交替属以侧向为主的混合型。但在潜水排泄区附近垂向交替比重加大。径流交替强度沿程由强变弱，并形成水化学水平分带规律。4.缓流型：水力梯度很小，潜水面或地下水测压水面近似水平，地下水流动缓慢，流线大致平行或略有变化，水交替微弱，属以垂向交替为主的混合型。地下水的矿化度一般较高。5.滞流型：水力梯度趋于零，地下径流停滞，在潜水可为渗入——蒸发型，属垂向水交替类型；在承压水可为垂向越流补排。地下水的矿化度一般也较高，

径流量定义：地下水流经过

水断面流量。取决于：含水层厚度、补给排泄条件畅流区：一般补给量、径流量、排泄量大体相当潜水等水位线图、渗透资料——达西定