第八章 地下水的補(bǔ)給及排泄

本章內(nèi)容地下水是通過(guò)補(bǔ)給與排泄兩個(gè)環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán)補(bǔ)給：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過(guò)程排泄：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過(guò)程第八章地下水的補(bǔ)給與排泄第一節(jié)地下水的補(bǔ)給補(bǔ)給使含水層的水量、水化學(xué)特征和水溫發(fā)生變化思考：補(bǔ)給獲得水量后，含水層或含水系統(tǒng)會(huì)發(fā)生什么變化？

補(bǔ)給的研究包括：補(bǔ)給來(lái)源、影響因素與補(bǔ)給量地下水的補(bǔ)給來(lái)源有：天然：大氣降水、地表水、凝結(jié)水及相鄰含水層的補(bǔ)給等人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)的：灌溉水入滲、水庫(kù)滲漏及人工回灌討論：入滲機(jī)制？影響因素？？補(bǔ)給量的確定？？？

1、大氣降水入滲機(jī)制

包氣帶是降水對(duì)地下水補(bǔ)給的樞紐，包氣帶的巖性結(jié)構(gòu)和含水量狀況對(duì)降水入滲補(bǔ)給起著決定性作用目前認(rèn)為，松散沉積物的降水入滲有兩種方式：

均勻砂土層——活塞式含裂隙的土層——捷徑式一、大氣降水補(bǔ)給山西黃土垂直裂隙及其捷徑下滲1、大氣降水入滲補(bǔ)給機(jī)制“活塞式”入滲——適用條件：均勻的砂土層降水初期t1：土層干燥，吸水能力很強(qiáng)，雨水下滲快降水延續(xù)t2：土層達(dá)到一定的含水量，毛細(xì)力與重力共同作用，下滲趨于穩(wěn)定——滲潤(rùn)階段，滲漏與滲透階段降水再持續(xù)：當(dāng)土層濕鋒面推進(jìn)到支持毛細(xì)水帶時(shí)，含水量獲得補(bǔ)給，潛水位上升一、大氣降水補(bǔ)給濕鋒面

t1

t2

地面

潛水面

降水入滲過(guò)程Ks入滲速率隨時(shí)間的變化Vt——入滲率Z——濕潤(rùn)前鋒推進(jìn)距地面深度的距離hc——毛細(xì)壓力水頭滲潤(rùn)階段滲漏、滲透階段下滲過(guò)程水分分布含水量%深度cm風(fēng)干土田間持水量飽和含水量飽和帶過(guò)渡帶水分傳輸帶濕潤(rùn)帶濕潤(rùn)鋒下滲過(guò)程中水分分布帶一、大氣降水補(bǔ)給1、大氣降水入滲補(bǔ)給機(jī)制

“活塞式”入滲

——均勻砂土層“捷徑式”下滲——空隙大小極懸殊①捷徑式下滲，新水可以超過(guò)老水，優(yōu)先達(dá)含水層；②捷徑式下滲，不必包氣帶達(dá)到飽和即可補(bǔ)給下方含水層。t1t2捷徑式下滲圖一、大氣降水補(bǔ)給2、四種不同時(shí)間尺度的補(bǔ)給1）短期補(bǔ)給:干、濕季節(jié)分明地區(qū)一次大雨后；2）季節(jié)性補(bǔ)給：有規(guī)律的季節(jié)性；3）永久性補(bǔ)給：濕潤(rùn)的熱帶地區(qū)，總有向下的水入滲補(bǔ)給；4）歷史性或古補(bǔ)給：古代埋藏水。3、補(bǔ)給量的確定方法平原區(qū)一般采用入滲系數(shù)法（）全年降水入滲補(bǔ)給量：Q=X·

·F·1000

m3/a，mm，無(wú)量綱，km2

降水入滲系數(shù)多用年平均值表示降水入滲系數(shù)可用入滲試驗(yàn)儀、地中滲透儀來(lái)測(cè)定由經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)等方法得出一、大氣降水補(bǔ)給

：降水入滲系數(shù);qx：年降水入滲量(mm);X：年降水量(mm).4、降水補(bǔ)給的影響因素X=Rs+E+ΔS+qX

氣候因素（X，E）：降水總量,降水強(qiáng)度,降水頻率；降水延續(xù)時(shí)間總量大，強(qiáng)度適中，間隔短，時(shí)間長(zhǎng)的綿綿細(xì)雨最有利。溫度適中，溫差較小，相對(duì)濕度大，蒸發(fā)強(qiáng)度小。地形:高或低，陡或緩地質(zhì):包氣帶巖性地下水位埋深：其他：植被、城市化一、大氣降水補(bǔ)給大氣圈地面包氣帶（水分滯留）含水層（獲得補(bǔ)給）地表徑流蒸發(fā)降水入滲Rs

E

X

S

qX

巖性及水位埋深對(duì)降雨入滲補(bǔ)給的影響0

2

4

6

8

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

降雨入滲系數(shù)

水位埋深

m

粉細(xì)砂

亞粘土

夾層土

雙環(huán)注水法--剖面圖——連續(xù)降水雙環(huán)入滲試驗(yàn)裝置河南鄭州均衡試驗(yàn)場(chǎng)地中滲透儀

試驗(yàn)土柱

地下觀測(cè)室適用于溫帶地區(qū)地下水埋深不大、易擾動(dòng)土壤結(jié)構(gòu)地中滲透儀結(jié)構(gòu)圖地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給

地表水體（河、湖、水庫(kù)等）都可以成為地下水的補(bǔ)給來(lái)源河流補(bǔ)給:因地而異（空間上），不同部位，巖性等；

因時(shí)而異（時(shí)間上），不同季節(jié)，不同補(bǔ)排關(guān)系。

二、地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給季節(jié)性河流河流不同部位地表水與地下水之間的補(bǔ)給關(guān)系二、地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給季節(jié)性河流補(bǔ)給地下水二、地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給二、地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給比較常年性河流與季節(jié)性河流對(duì)地下水的補(bǔ)給的異同點(diǎn)？河流補(bǔ)給的主要影響因素有哪些？如何確定河水對(duì)地下水的補(bǔ)給量？地表水補(bǔ)給地下水的必要條件有哪些？三、凝結(jié)水的補(bǔ)給溫度降低時(shí)，飽和濕度降低，溫度降到一定程度，絕對(duì)濕度與飽和濕度相等，繼續(xù)下降，超過(guò)飽和濕度的那部分水汽凝結(jié)成水，由氣態(tài)水轉(zhuǎn)化成液態(tài)水的過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)作用。潛水—承壓水之間的補(bǔ)給越流地下水量的內(nèi)部轉(zhuǎn)化思考題：（右圖）中泉水的大小與哪些因素有關(guān)？四、含水層之間的補(bǔ)給越流：具有一定水頭差的相鄰含水層，通過(guò)其間的弱透水巖層發(fā)生水量交換的過(guò)程。經(jīng)常發(fā)生于松散沉積物中，粘性土層構(gòu)成弱透水層。思考：越流量如何計(jì)算？天窗、越流——地下水量的內(nèi)部轉(zhuǎn)化含水層通過(guò)鉆孔發(fā)生水力聯(lián)系含水層通過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬影l(fā)生水力聯(lián)系四、含水層之間的補(bǔ)給五、地下水的人工補(bǔ)給1—透水層；2—弱透水層；3—地下水位；4—地表水位及井中水位；5—水流方向；6—井人工補(bǔ)給地下水的方式第二節(jié)地下水的排泄趵突泉長(zhǎng)白山溫泉地下水排泄的研究包括：排泄方式、影響因素、排泄量的確定排泄方式：泉（點(diǎn)狀排泄）向地表水體泄流（河流—線狀）、向相鄰含水層的排泄蒸發(fā)（面狀排泄）前三種排泄方式稱(chēng)為徑流排泄，與蒸發(fā)排泄的區(qū)別：徑流排泄—水分（鹽分）呈液態(tài)排出,鹽隨水去蒸發(fā)排泄—水分呈氣態(tài)排出，鹽分積累下來(lái)，水去鹽留泉是地下水的天然露頭，多為“點(diǎn)”狀，屬?gòu)搅髋判?。泉的出露是地形、地質(zhì)與水文地質(zhì)條件有機(jī)結(jié)合的結(jié)果，根據(jù)補(bǔ)給泉的含水層類(lèi)型可將泉?jiǎng)澐譃橄陆等蠈訙蜐撍a(bǔ)給，流量和水質(zhì)季節(jié)性變化上升泉——承壓水補(bǔ)給，流量穩(wěn)定，水質(zhì)較好1.下降泉(出露于潛水含水層中的泉）—根據(jù)出露條件又將下降泉分為：侵蝕泉：地形切割到潛水面接觸泉：地形切割至隔水底板溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉一、泉下降泉一、泉侵蝕泉：地形切割到潛水面接觸泉：地形切割至隔水底板溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉下降泉一、泉2.上升泉（出露于承壓含水層中的泉）

上升泉根據(jù)出露條件分為：侵蝕泉，斷層泉，接觸帶泉7.2.1泉spring（續(xù)2）

3.研究泉的意義？

直接得到水文地質(zhì)資料；間接分析出水文地質(zhì)信息。通過(guò)泉的出露標(biāo)高、流量、動(dòng)態(tài)、溫度、水化學(xué)，可以綜合分析與泉水成因有關(guān)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

①地下水位標(biāo)高，②巖層的含水性（透水性），③含水巖層的補(bǔ)給，循環(huán)（交替），④地質(zhì)構(gòu)造、斷層等，⑤供水水源（直接利用）。a.泉出露兩側(cè)巖層的含水性：含水層；隔水層b.泉出露處斷層的導(dǎo)水性c.泉的流量大?。簩?dǎo)水性的好壞d.泉的溫度：地下水循環(huán)深度e.泉流量大小或水化學(xué)：補(bǔ)給與徑流條件的好壞4、泉的動(dòng)態(tài)1）概念：指泉的各要素（流量、水位、溫度、化學(xué)成分）隨時(shí)間變化。2）泉的動(dòng)態(tài)類(lèi)型劃分：根據(jù)不穩(wěn)定系數(shù)

R=Qmin(一年內(nèi))/Qmax（一年內(nèi)）

4、泉的動(dòng)態(tài)特征：

下降泉呈季節(jié)性變化，豐水季節(jié)流量大，枯水季節(jié)流量小，甚至干枯，動(dòng)態(tài)類(lèi)型屬型；上升泉受氣象因素影響大小，流量穩(wěn)定，屬型；巖溶泉有上升泉與下降泉之分，其特點(diǎn)是極不穩(wěn)定，屬型。

（1）比較W1和W2鉆孔水位高低，比較W3和W4鉆孔水位高低（可畫(huà)圖表示）；（2）指出泉A和B屬于上升泉還是下降泉；（3）圖2中的兩個(gè)泉流量曲線分別屬于泉A和B，請(qǐng)指出哪一個(gè)（實(shí)線或虛線）屬于泉A，哪一個(gè)（實(shí)線或虛線）屬于泉B；（4）如果在W4中投入某放射性物質(zhì)，在W1和W2中哪個(gè)孔最先觀察到?7.2.1泉spring（續(xù)2）一、泉山東濟(jì)南百脈泉在實(shí)際中泉的成因與定名是比較難判定的溫泉河流切割含水層時(shí)，地下水向河流的排泄，稱(chēng)為泄流

地下水的泄流量可通過(guò)分割河流流量過(guò)程線的方法確定

二、泄流二、泄流瑪納斯河1955年日平均流量過(guò)程線補(bǔ)給類(lèi)型分割圖1—深層地下水補(bǔ)給；2—融雪水補(bǔ)給；3—淺層地下水補(bǔ)給；4—降雨補(bǔ)給；5—高山冰雪融水補(bǔ)給三、蒸發(fā)排泄土面蒸發(fā)：潛水通過(guò)包氣帶耗失水分葉面蒸騰：通過(guò)植物根系吸收潛水或包氣帶水轉(zhuǎn)化為葉面水而蒸發(fā)消耗（一株大的植物，猶如一臺(tái)生物抽水機(jī)）三、蒸發(fā)排泄1、土面蒸發(fā)過(guò)程包氣帶水分直接耗失——降低包氣帶水分含量，加大虧損量，潛水通過(guò)支持毛細(xì)水帶將水傳輸?shù)桨鼩鈳д舭l(fā)，使地下水位下降

蒸發(fā)速度大于毛細(xì)上升速度則支持毛細(xì)水帶下降，VC上升，至蒸發(fā)速度VE≈VC時(shí)，維持穩(wěn)定的蒸發(fā)排泄，排泄的結(jié)果，水分不斷消耗，地下水位下降，鹽分不斷積累在土層上部！

毛細(xì)上升速度:VC=KΔH/L土壤蒸發(fā)過(guò)程示意圖L

無(wú)蒸發(fā)

有蒸發(fā)

土面蒸發(fā)過(guò)程-毛細(xì)水上升消耗過(guò)程ΔH

三、蒸發(fā)排泄——影響因素a.氣候因素：干燥，氣溫高，蒸發(fā)量愈大b.地下水位埋深：超過(guò)蒸發(fā)極限深度則蒸發(fā)→0如：華北地區(qū)，水位埋深>5m，不考慮蒸發(fā)干旱地區(qū)，極限水位埋深大；濕潤(rùn)地區(qū)極限埋深小潛水蒸發(fā)量與水位埋深關(guān)系曲線〔河北石家莊，據(jù)河北省地質(zhì)局水文地質(zhì)觀測(cè)總站〕三、蒸發(fā)排泄——影響因素c.包氣帶巖性：蒸發(fā)與毛細(xì)上升速度Vc=KI

有關(guān)巖性砂礫石粉砂亞砂粘土K大中小極小hc小/極小中