7地下水的補給與排泄

1、第七章地下水的補給與排泄補給：recharge徑流：runoff排泄：discharge補給、徑流、排泄是地下水參與自然界水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。7. 1 地下水的補給補給-含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程。凝結(jié)水其它含水層等一弓人為補給Y大氣降水地表水補給研究補給源農(nóng)田灌溉水庫滲透專門性的人工補給補給條件補給量1 .大氣降水（precipitation ）入滲機理：1）活塞式下滲（piston type infiltration ） 一 Green力mpt模型：求地表處的入滲率（穩(wěn)定時 v-K） （P49,公式5T4; P65,圖73 ,累積入滲量。2）捷徑式下滲（ short-circuit

2、 type infiltration ）,或優(yōu)勢流（preferential flow ）。降水一地下水儲量增加一地下水位抬高一勢能增加。降水轉(zhuǎn)化為3種類型的水：地表水，地表徑流（一般降水的 10 m 20%產(chǎn)生為地表徑流）；土壤水，騰發(fā)返回大氣圈（一般大于50%的降水轉(zhuǎn)為土壤水，華北平原有70%的降水轉(zhuǎn)化為土壤水）； 地下水，下滲補給含水層（一般 2030%降水滲入地下進入含水層）。 滲入地面以下的水： 滯留于包氣帶 一 土壤水，通過騰發(fā) ET （ evapotranspiration） 一 返回大氣圈；其余下滲補給含水層一地下水。因此，落到地面的 降水歸結(jié)為三個去向：（1）地表徑流；（2）

3、 土壤水（騰發(fā)返回大氣圈）；（3）下滲補給含水層。入滲補給地下水的水量：qx=X -D T S式中：qx -降水入滲補給含水層的量；X -年降水總量；D 地表徑流量；?S -包氣帶水分滯留量。單位：mm水柱。降水入滲系數(shù)（：.）-耒閨地下水的量與降水總量之比。a = £（小數(shù)或表示）一般尊=0.20.5。定量計算（入滲系數(shù)法）：Q=a - X - F （注意單位統(tǒng)一，X ： mm/a, F： km2, Q： m3/a） 影響降水入滲補給的因素： 降水量大小：雨量大，ex大；雨量小，c（?。?降水強度：間歇性的小雨，構(gòu)不成對地下水的有效補給（如華北平原，一次降水 <10mm的為無

4、效降雨）；連綿小雨有利于補給； 集中暴雨一 一部分轉(zhuǎn)化為地表徑 流一不利于補給； 包氣帶巖性：K大，有利于入滲；K小，不利于入滲；包氣帶厚度：厚，入滲量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般46m,地下水位在“最佳埋深”時，入滲補給量最大，入滲系數(shù)值也最大； 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于補給；含水量低，不利于補給； 地形地貌：坡度大 一 地表徑流量大 一 不利于補給；地勢平緩，有利于補給； 植被覆蓋情況：植被發(fā)育，有利于攔蓄雨水和入滲；但濃密的植被，尤其是農(nóng)作物，蒸騰量大，消耗的土壤水分多，不利于補給。2,地表水地表水對地下水的補給：1）山區(qū)：一般 排泄地下水（河水位低于地下水位， 地下水

5、補給河水），洪水期：補給地下 水；2）山前：常年補給地下水（河水位高于地下水位）；3）平原：河水補給地下水（“地上河”）。影響因素： 河床的透水性； 水位差（河水與地下水）。定量計算：達(dá)西定律：qx=K（dI;測定上、下游河流斷面的流量（ 斷面測流）：qx=Q上為下。大氣降水、地表水是地下水的兩種主要補給來源。其特點：1）從空間分布上看：大氣水屬于面狀補給，范圍大且均勻；地表水（河流）為線狀補給，局限于地表水體周邊。2）從時間分布上看：大氣降水持續(xù)時間較短；地表水（河流）持續(xù)時間較長，是經(jīng)常性的；簡而言之：大氣降水：面狀補給，持續(xù)時間短；地表水：線狀補給，經(jīng)常性的，持續(xù)時間較長。條件變化的影響

6、：地下水開采以后，由于水位的下降， 水文地質(zhì)條件的變化，大氣降水、 地表水的補給強 度也要發(fā)生變化。地下水位下降后， 由于包氣帶的加厚， 降水補給量有可能減少； 地表水與 地下水水頭差的加大，地表水的補給量有可能增大。2由于地表水歸根結(jié)底來源于大氣降水，所以降水量的多少量的多少。補給特點：潛水：整個含水層分布面積上接受補給；承壓水：僅在含水層出露面積上接受補給。3.大氣降水、河水補給地下水水量的確定1）平原區(qū)：大氣降水入滲補給量（入滲系數(shù)法）：Q=X- a - F 1000式中：Q -降水入滲補給地下水的水量（ m3/a）；X 年降水量（mm）;a 入滲系數(shù)（無量綱）；2、F -補給面積（km

7、 ）。決定一個地區(qū)地下水資源河水補給量: a達(dá)西定律: b斷面測流:2） ct的確定地中滲透儀算a。潛水位變幅qx=K«I；qx=Q 上一Q 下。（或蒸滲儀：lysimeter, P69,圖78）：測定入滲到地下水的水量來計（埋藏較淺）：觀測降水入滲引起的地下水位變幅Ah,來計算e :J-：h地中滲慮儀靖構(gòu)圖圖7-8據(jù)河北省地質(zhì)局水史也窺現(xiàn)浦總站）1一人滲工蒸發(fā)）血工2導(dǎo)水管l 3一地下觀測至r 4一室邊持我溝*己一原狀土樣；桿一皿內(nèi)水位：7一過渡 塔；小一坦能背；9 一檢查管.！。一防沉底座t II 一支架；】"測壓甘；得一馬里奧特瓶；】4 一水位調(diào)整管】15一接港福.一

8、加樂營，】7一出水管；I隨一通1者* 19 一揍海普；20-ftH； -防水地3）山區(qū)：由于山區(qū)“三水”（大氣水、地表水、地下水）的轉(zhuǎn)化規(guī)律較復(fù)雜，分別區(qū)分大氣降水、地表水對地下水的補給量往往較困難，所以常常將大氣降水補給量和地表水補給量統(tǒng)一放在一起，作為一個量來考慮 -地下水的補給量。在山區(qū)，一般：地下水的補給量地下水的排泄量：地下水完全以大泉集中排泄：補給量排泄量（測泉流量）； 地下水分散泄流（全部排泄）：分割河水流量過程線 一 河水排泄量一 作為地下水補給量。山區(qū)入滲系數(shù)a的計算：f X 1000式中：Q -年地下水排泄量（ 補給量）（m3/a）；. 一2、f -匯水面積（km ）；X

9、年降水量（mm/a）。4 .凝結(jié)水的補給氣溫下降：氣態(tài)水一液態(tài)水一凝結(jié)水。對于高山、沙漠及晝夜溫差大的地區(qū)有一定意義。5 .含水層之間的補給（越流補給）1）兩個含水層之間存在弱透水層，且有水頭差時，水頭較高的補給水頭較低的含水層，形 成一越流。越流（leakance）-相鄰含水層通過其間的弱透水層發(fā)生水量交換，稱作越流。2）隔水層分布不穩(wěn)定，局部缺失，形成“天窗”一補給。/ 1電用越流!? ；周森F含水屋；？一桐水唱：三一八含水層清水位I i -B啻水環(huán)泗壓水|江；5蚌-由級部井下席水骨' E華中家江3）越流量的大小用 Darcy定律計算：H a -' H BV = K -B

10、（單位時間、通過單位面積上的水流體積-通量）M式中：V -單位水平面積弱透水層的越流量（ m/d）;K -弱透水層垂向滲透系數(shù)（m/d）;Ha -含水層A的水頭（m）;Hb-含水層B的水頭（m）;M -弱透水層的厚度（m）。則，通過整個越流層的水量（m3/d）: q=v ©o由此可見，相鄰含水層之間的水頭差愈大，弱透水層厚度愈小，垂向透水性愈好，則越流量愈大。盡管弱透水層的垂向滲透系數(shù)Kz相當(dāng)小（可能比含水層小若干個數(shù)量級），但是由于驅(qū)動越流的水力梯度往往比水平流動大23數(shù)量級，產(chǎn)生越流的面積（全部弱透水層分布范圍）更比含水層的過水?dāng)嗝娲蟮枚?，對于松散沉積物構(gòu)成的含水系統(tǒng)，越流量往往

11、大于含水層的側(cè)向流入量。與含水層的過水?dāng)嗝妫▊?cè)向）相比較，由于弱透水層分布面積（水平）大，越流量往往 不容忽視。6.其它補給來源農(nóng)田灌溉灌溉回歸水-灌溉滲漏補給含水層的水稱之為灌溉回歸水。人工補給地下水7. 2地下水的排泄排泄-含水層或含水系統(tǒng)失去水量的過程稱作排泄。向河流泄流 蒸發(fā)、蒸騰 越流排泄抽水（開采） 坑道排水等f排泄去路（方式） 排泄研究Y排泄條件;排泄量1 .泉（spring）泉-是地下水的天然露頭，在地形面與含水層或含水通道相交點，地下水出露成泉。泉的分類：1）按含水層性質(zhì)：上升泉：由承壓含水層補給。符號（尾巴上升）下降泉：由潛水含水層補給。 符號（尾巴不上升）： f i2）按

12、出露原因（進一步分，P75圖7T7）:c b>- 3 ,U二三ll國71：泉的類型I一透水幔：2一隔水具1 3堅硬基巖4 $一巖脈§一風(fēng)化裂劇16_斷層I 7_漕水位,R_測壓水位F9一地下水廢向t 1。一下降泉II一上升泉P76,例子，泉城濟南：在巖漿巖與石灰?guī)r的接觸帶上形成泉群。O石灰?guī)r呈一單斜構(gòu)造（強含水層），下伏地層為 ？（相對隔水層），大氣降水滲入地 下轉(zhuǎn)化為地下水，地下水順O石灰?guī)r傾斜方向運動，遇巖漿巖（隔水層）受阻，溢出地表成泉。如著名的的突泉等。2 .泄流（discharge flow ）（向河流排泄）泄流-當(dāng)河流切割含水層時，地下水沿河呈帶狀排泄，稱作地下水的

13、泄流。通過對河流流量過程線的分割 一 地下水泄流量。圖7-” 流域過程洸的直接分割法 引自或都地冊學(xué)院田地下水嵯論八19；門關(guān)于分割流量過程線，更多的例子可參考有關(guān)水文學(xué)方面的著作。3 .蒸發(fā)（evaporation E）干旱氣候條件下，地勢低平的平原與盆地，蒸發(fā) 一地下水的主要排泄方式。地下水的蒸發(fā)排泄可分為兩種：一種是土壤水的蒸發(fā)；另一種是 潛水的蒸發(fā)。1） 土壤水的蒸發(fā)：不直接消耗飽水帶的水，但影響飽水帶接受大氣降水的補給。2）潛水的蒸發(fā)：緊接潛水面存在支持毛細(xì)水帶，潛水沿潛水面不斷上升（以毛細(xì)方式），然后由液態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水一 向大氣蒸發(fā)（潛水埋藏淺的條件下）。水分沿毛細(xì)帶不斷蒸發(fā)，鹽

14、分濃集于地表（土壤積鹽），降水時，鹽分淋洗，返回潛水（土壤脫鹽），當(dāng)積鹽量 脫鹽量時一 土壤鹽漬化。強烈蒸發(fā)條件下一地下水濃縮鹽化。不合理的灌溉，使?jié)撍嫣?，原先沒有鹽漬化的土壤產(chǎn)生鹽漬化-次生鹽漬化。影響潛水蒸發(fā)的因素： 氣候：愈干燥，蒸發(fā)量愈大（定量：蒸發(fā)量 E與氣象因素的關(guān)系式）；潛水面埋深：埋深小，E大；埋深大，E?。‥=0,極限地下水埋深）（定量：E與埋深的關(guān)系，阿維里揚諾夫公式）；巖性：砂：毛細(xì)上升高度小（不利于蒸發(fā)）；粘土：毛細(xì)上升速度太慢（不利于蒸發(fā)）；亞砂土、粉砂土：毛細(xì)上升高度較大，速度快 一 蒸發(fā)強烈。4.蒸騰（transpirationT）葉面蒸發(fā)蒸騰。根系吸收水分一

15、葉面蒸發(fā)。生產(chǎn)1kg小麥，需耗水 1200 1300kg。實際工作中：土面蒸發(fā)量E、植物蒸騰量 T,常常作為一個量來計算，稱為騰發(fā)量ET（evapotranspiration ）或蒸散量。具體計算ET的方法：可參閱有關(guān)農(nóng)業(yè)氣象方面的著作。7. 3 地下水補給與排泄對水質(zhì)的影響將補給與排泄結(jié)合 起來，劃分為兩大類型的地下水循環(huán)： 滲入一徑流型：長期循環(huán)的結(jié)果：地下水向淡化的方向發(fā)展； 滲入一蒸發(fā)型：長期循環(huán)的結(jié)果：補給區(qū)地下水淡化，排泄區(qū)地下水鹽化、土壤鹽漬化。思考題1 . 地下水補給？2 .入滲系數(shù)？3 .凝結(jié)作用？4 . 越流？5 . 灌溉回歸水？6 . 地下水排泄？7 .泉？8 .上升泉？

16、9 .下降泉？10 .侵蝕（下降）泉？11 .接觸泉？12 .溢流泉？13 .斷層泉？14 .接觸帶泉？15 .地下水的泄流？16 .蒸騰？17 .補給、徑流、排泄是地下水參與自然界 的重要環(huán)節(jié)。18 .地下水補給的研究包括 、與。19 .地下水的天然補給來源有 、。20 .與人類活動有關(guān)的地下水主要補給源有 、以及專門性 的。21 .松散沉積物中大氣降水的入滲有兩種方式： 、。22 .降水轉(zhuǎn)化為 3種類型的水： 、。23 .落到地面的降水，歸根結(jié)底的三個去向是 、和。24 .影響大氣降水補給地下水的因素主要有 、和。25 .由于地表水歸根結(jié)底來源于大氣降水，所以 的多少決定一個地區(qū)地下水資源

17、 I26 .研究含水層的排泄包括 、與 等。27 .地下水的天然排泄方式有 、28 .根據(jù)補給泉的含水層性質(zhì)，可將泉分為 及 兩大類。29 .根據(jù)泉的成因，下降泉可分為 、與。30 .上升泉按其成因可分為 、與。31 . 影響潛水蒸發(fā)的因素是 、及。32 .將補給、排泄結(jié)合起來，我們可以將地下水循環(huán)劃分為 和 兩大類。33 .地下水補給的研究內(nèi)容有哪些？地下水的補給來源有哪些？34 .松散沉積物中存在哪兩種降水入滲形式？二者有什么不同？35 .河水補給地下水時，補給量的大小取決于哪些因素？36 .河水補給地下水時，補給量的定量計算方法？37 .地表水對地下水的補給，在山區(qū)與平原有什么不同？38

18、 .大氣降水與地表水是地下水的兩種補給來源。從空間和時間分布上二者有什么不同？39 .地下水開采后，由于水位的下降，其補給將發(fā)生怎樣的變化？40 .潛水、承壓水接受補給的特點？41 .平原區(qū)大氣降水補給地下水水量的確定方法？42 .山區(qū)如何確定地下水的補給量？43 .越流的計算公式、公式中各項的含義？44 .為什么平原區(qū)計算含水層的補給量時，越流量往往不容忽視？45 .含水層之間進行水量交換時，必須具有水力聯(lián)系，常見的聯(lián)系形式有哪幾種？46 .地下水排泄的研究內(nèi)容和地下水的排泄方式有哪些？47 .簡述泉的分類？48 .地下水的補給與排泄對地下水的水質(zhì)是如何影響的？49 .影響大氣降水補給地下水的主要因素有哪些？如何影響？50 .影響河水補給地下水的主要因素有哪些？如何影響 ？51 .如何確定地下水的泄流量？52 .平原區(qū)確定