水文地質(zhì)學基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄

防災科技學院張耀文水文地質(zhì)學基礎(chǔ)

FundamentalsofHydrogeology本章內(nèi)容7.1地下水的補給7.2地下水的排泄7.3地下水徑流7.4地下水補給、徑流與排泄對地下水水質(zhì)的影響CompanyLogo

基本概念地下水是通過補給與排泄兩個環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán)。補給：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程，水量增加的同時，鹽量、能量等也隨之增加。排泄：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程，減少水量的同時，鹽量和能量等也隨之減少。CompanyLogo

基本概念根據(jù)地下水循環(huán)位置，可分為補給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)。

徑流區(qū)是含水層中的地下水從補給區(qū)至排泄區(qū)的流經(jīng)范圍。

水文地質(zhì)條件是地下水埋藏、分布、補給、徑流和排泄條件、水質(zhì)和水量及其形成地質(zhì)條件等的總稱。

補給區(qū)（rechargearea）是含水層出露或接近地表接受大氣降水和地表水等入滲補給的地區(qū)。CompanyLogo7.1地下水的補給補給使含水層的水量、水化學特征和水溫發(fā)生變化思考：補給獲得水量后，含水層或含水系統(tǒng)會發(fā)生什么變化？地下水位上升，增加了勢能，使地下水保持不停的流動。由于構(gòu)造封閉或氣候干旱，得不到補給，地下水的流動將停滯。補給的研究包括：補給來源、補給機制、影響因素、補給量地下水的補給來源有：天然：大氣降水、地表水、凝結(jié)水及相鄰含水層的補給等人類活動有關(guān)的：灌溉水入滲、水庫滲漏及人工回灌CompanyLogo7.1.1大氣降水對地下水的補給討論：入滲機制？影響因素？？補給量的確定？？？1、大氣降水入滲機制包氣帶是降水對地下水補給的樞紐，包氣帶的巖性結(jié)構(gòu)和含水量狀況對降水人滲補給起著決定性作用目前認為，松散沉積物的降水入滲有兩種方式：降水入滲的現(xiàn)象—兩類空隙的入滲過程——總結(jié)：均勻砂土層——活塞式(piston/diffuse)含裂隙的土層——捷徑式(bypass)CompanyLogo1、大氣降水入滲機制“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，雨水下滲快-滲潤階段降水延續(xù)

t2：土層達到一定的含水量，毛細力與重力共同作用，下滲趨于穩(wěn)定——滲漏與滲透階段降水再持續(xù)：當土層濕鋒面推進到支持毛細水帶時，含水量獲得補給，潛水位上升7.1.1大氣降水對地下水的補給CompanyLogo濕鋒面t1t2地面潛水面活塞式下滲：入滲水的濕鋒面整體向下推進，猶如活塞的運移。CompanyLogo下滲過程水分分布滲潤階段滲漏、滲透階段CompanyLogo7.1.1大氣降水對地下水的補給1、大氣降水入滲機制“活塞式”入滲——均勻砂土層“捷徑式”下滲——空隙大小極懸殊活塞式與捷徑式區(qū)別：①捷徑式下滲，新水可以超過老水，優(yōu)先達含水層；②捷徑式下滲，不必包氣帶達到飽和即可補給下方含水層。捷徑式下滲圖t1t2捷徑式下滲圖CompanyLogo山西黃土及其入滲目前認為，松散沉積物中的降水入滲存在活塞式與捷徑式兩種。CompanyLogo2、降水補給的影響因素降水地表下滲補給含水層蒸發(fā)地表徑流滲入地面以下的水補給含水層的水土面蒸發(fā)葉面蒸騰土壤水大氣水≠CompanyLogo（降水入滲能力）垂向滲透流速v=Q/t，取決于包氣帶巖性K入滲速率隨時間的變化在降雨強度超過地表入滲能力時，便將產(chǎn)生地表坡流。CompanyLogo7.1.1大氣降水對地下水的補給2、降水補給的影響因素P=R+E+ΔS+G

氣候因素（P，E）：1.年降水量2.降水強度和延續(xù)時間總量大，強度適中，間隔短，時間長的綿綿細雨最有利。溫度適中，溫差較小，相對濕度大，蒸發(fā)強度小。地質(zhì):3.包氣帶：a巖性、b厚度、c含水量4.地形:

高或低，陡或緩5.地下水位埋深：6.植被發(fā)育人類工程REPSGCompanyLogo0

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

m

粉細砂

亞粘土

夾層土

巖性及水位埋深對降雨入滲補給的影響問題：地下水位埋深的影響？???地下水接受降水補給的最佳深度一般為2-2.5m.CompanyLogo7.1.1大氣降水對地下水的補給3、降水入滲補給量（1）平原區(qū)大氣降水入滲補給量一般采用入滲系數(shù)法（α）降水入滲系數(shù)多用年平均值表示，由經(jīng)驗與實驗等方法得出

全年降水入滲補給量：

Q=a·P·F·1000式中：Q----降水入滲補給地下水量（m3/a）；

P----年降水量（mm）；

a----降水入滲系數(shù)；一般在０.２～０.4之間。在南方巖溶地區(qū)高達０．８以上,西北干旱氣候的沙漠盆地接近于0.F----補給區(qū)面積（km2）。確定a的常用方法：入滲試驗儀、地中滲透儀、經(jīng)驗類比法、利用潛水位天然變幅確定實際工作中常用CompanyLogo雙環(huán)入滲試驗裝置雙環(huán)注水法--剖面圖——連續(xù)降水CompanyLogo地中滲透儀結(jié)構(gòu)圖原狀土樣入滲皿導水管地下觀測室CompanyLogo河南鄭州均衡試驗場地中滲透儀

試驗土柱

地下觀測室CompanyLogo7.1地下水的補給3、降水入滲補給量（2）山區(qū)降水入滲補給量的確定

基巖山區(qū)大氣降水、地表水與地下水的轉(zhuǎn)換情況比較復雜，單獨求算山區(qū)的大氣降水入滲補給地下水量很困難，通常的做法是統(tǒng)一求取山區(qū)大氣降水與地表水對地下水的補給量。

山區(qū)地形切割，地下水位埋藏深度大，地下水的蒸發(fā)排泄量可以忽略，大體上可認為山區(qū)地下水的補給量等于其排泄量，故可通過測定地下水排泄量反求其補給量。山區(qū)組地下濃水全星部以泉形捧式集迎中排好泄時，可蔥通過定當期測定血泉流量役求得全功年排泄薦量。如地下曲水分散軟泄流，可運通過分割司河水謙流量嬌過程安線求年排喝泄量（答見下圖）?；鳎簭搅魈眠^程袖線中慶表示擴河道竹內(nèi)常是年出牢現(xiàn)并巖基本齡穩(wěn)定停的那威部分坐水流量，完睜全由本地下暢水補疼給。如果短山區(qū)障地下朽水有逆一部氧分以橫地下脅徑流煤形式現(xiàn)排入店相鄰家的平偷原或浮盆地海，則奶必須決另行謝計算填這一泥部分輔水量刪加入垃排泄趴量中駛。山區(qū)購地下廳水的繭排泄酬量Com虛pan享y真Log吐o山區(qū)的入滲吵系數(shù)α是全自年降榆水與回河水影補給近地下后水的剝量與架年降爽水量連的比甲值：Q——年地下亂水排泄督量（m3/a），以前鏈述方式濕求得；f——匯水區(qū)親面積（km2）；X——年降婆水量再（mm）。匯水區(qū)撒：指某歡一點上諷游的所慣有主支愈流地區(qū)泰（f就是匯毫水區(qū)的浪總面積幼）。Co京mp任an零y幅L顧og眼o7.誓1.完2地表水客對地下牙水的補識給地表水晝對地下桐水的補遲給補給身來源汁：地作表水耕體（河、拿湖、水槽庫等）補給機瘋制:因地而商異（空咸間上）糖，不同林部位，復巖性等溫；因時而題異（時革間上）詳，不同純季節(jié)，挖不同補蘆排關(guān)系地表水傾補給地深下水的必要條臥件有哪穴些：（1究）存購在水診力聯(lián)竄系（2）書地表水畜水位高彩于地下終水水位揭（存在壟水頭差競）思考轎：比較長年襪性河和流與季節(jié)榴性河憶流對地拍下水狹的補榨給的假異同烈點？Com伯pan界y播Log惠o河流不壟同部位墓地表水雙與地下穩(wěn)水之間案的補給秘關(guān)系Com侮pan濾y共Log阻o汛期下開始，河水崗浸濕包左氣帶并芬發(fā)生垂疏直下滲誕，使河梁下潛水秤面形成海水丘（搶圖a）。河水蒸不斷斑下滲，水虧丘逐譜漸抬母高與住擴大冤，與污河水列聯(lián)成詳一體甲（圖b）。汛期結(jié)照束，河用水撤丟走，互水丘揚逐漸哀趨平侍，使摔一定智范圍嘗內(nèi)潛緒水位隸普遍宿抬高娛（圖c）。季節(jié)性娃河流補拴給地下腳水思考：癥如何確陸定河水凝對地下江水的補皇給量？Co塑mp粘an纏y散L鋪og岔o河水補導給地下協(xié)水時，補給挎量的座大小取決惠于下流列因暈素：透水用河床批的長巷度與幣浸水底周界誘的乘蓬積（師相當幻玉于過期水斷攏面）河床講透水穿性（首滲透奴系數(shù)犬）河水等位與嚴地下勉水位法的高紐奉差（誰影響攻水力戶梯度西）河床過乘水時間對于常年性竿河流，為巴了確槐定河苦水滲姿漏補戚給地雪下水今的水靜量，算可在樓滲漏湊河段號上下球游分今別測顫定斷咐面流虹量Q1及Q2，則河燙水滲漏展量等于悲（Q1-Q2）t，t為河床肌過水時線間。此線滲漏量省即為河成水補給莊地下水恥的水量蓋；但是，俗對于過袍水時間院很短的間歇性濾河流？河流對瓣地下水聰?shù)难a給柜量思考訂：大滴氣降堆水和電河流巖補給饒地下班水的橋異同??？大氣徑降水股與地菌表水拒作為中地下變水補諸給來致源的比較從空間例分布上看，港大氣降喘水屬于面狀補給德，范公圍普閥遍且種較均成勻；幣地表馬水則拖可看鏈作線狀補給顫，局蒸限于絹地表數(shù)水體價周邊猴。從時間冶分布比較伏，大氣降補水持續(xù)馳時間有腫限而地表水律體持續(xù)棋時間長筆，或是塌經(jīng)常性股的。在騙地表步水體芬附近好，地嶄下水傅接受滑降水撓及地垂表水岔補給么，開申采后房誠這一嫩補給晨還可倚加強敞，因海此地藍下水證格外瘋豐富與。從總體上說，需降水量重的多寡壁決定著電一個地轎區(qū)地下永水的豐爺富程度就其水半源而言吸，地表畢水是由林大氣降響水轉(zhuǎn)化赤而來的馬，即使候?qū)τ诟删蘸瞪介g依盆地，勁作為地次下水主醒要補給妖來源的廊河水，襖仍然來幕源于山宴區(qū)降水朱，或以什冰雪形馬式積累群起來的位高山降看水。本段小筍結(jié)大氣銷降水奏與地墳表水殖對地氧下水重補給際的區(qū)踩別：(1)空間上:大氣降汁水屬于仆面狀補經(jīng)給，范宜圍普遍除且均勻朽；地表靠水則可與看作線糖狀補給鹿，局限渡于地表命水體周殖邊。(2)時間上:大氣降斤水持續(xù)鵝時間有以限而地古表水體導持續(xù)的晌時間長華，或是擔經(jīng)常性淋的。(3耽)影響些因素近：大氣降紹水對地專下水的罷補給不鉗同地區(qū)倦受氣候燒因素（員主要是衛(wèi)降雨）像影響，配河流對索地下水伯的補給號關(guān)系沿此著河流減縱斷面獲而有所似變化。潛水和窄承壓水橫含水層覆接受降倚水及地堆表水補幕給的區(qū)頓別：潛水在計整個含撿水層分張布面積醉上都能他直接接恩受補給塔，而承已壓水僅國在含水賠層出露壺于地表龍，或與誰地表連洋通處方擊能獲得淋補給。7.1推.3含水層壇之間的搏補給越流——地下水峽量的內(nèi)雪部轉(zhuǎn)化潛水—承壓溪水之暈間的貼補給思考題皮：右圖中偽泉水的害大小與號哪些因須素有關(guān)澇！Com久pan槽y或Log榮o含水層麗通過鉆孔發(fā)生水辦力聯(lián)系含水層淡通過導水枯斷層發(fā)生棍水力明聯(lián)系含水層萍之間的缸水力聯(lián)狀系Com擦pan宇y車Log族o越流（Le揮ak悼ag險e）：具有培一定影水頭部差的端相鄰害含水笨層，嘉通過惑其間帽的弱合透水寫巖層竟發(fā)生決水量頑交換輝的過淚程津。經(jīng)常但發(fā)生劑于松予散沉宵積物橡中，粘性土謠層構(gòu)成弱透水帥層。思考：越流療量如么何計急算？天窗、黎越流隔水層牌分布不鏈穩(wěn)定時自，隔水耽層缺失舌部位稱似為天窗Co長mp艦an公y囑L禿og境o越流補蜂給量計螞算用達西母定律Q=KωI進行分評析,單位屑水平府面積汁弱透閥水層稱越流鳴量Q為:M式中：K－弱堂透水擊層垂孝向滲牲透系模數(shù)I－驅(qū)僑動越水流的膜水力墻梯度HA-含水勒層A的水頭HB-含水名層B的水頭M－弱透迎水層厚帳度雖然弱拖透水層杏的垂向滲透理系數(shù)慌相當谷小，但水力梯閃度大，越流的腳面積大，對達于松韻散沉榜積物旗構(gòu)成猛的含察水系醋統(tǒng)，越流補鎮(zhèn)給量可攔能大于俗含水層稅側(cè)向流薯入量。7.攪1.桐3含水鹿層之端間的危補給Com走pan院y栗Log鑄o7.1焰.4凝結(jié)水綱的補給凝結(jié)作弓用指氣和溫下降膨到一定詢程度由挪氣態(tài)水燃轉(zhuǎn)化為珠液態(tài)水請的過程陸。一般貧情況擊下，墓凝結(jié)末形成欣的地欣下水擁相當賓有限骨。但是嬸，高透山、顫沙漠練等晝刻夜溫屬差大授的地法方，薯凝結(jié)膠水對妙地下絲式水補國給很本重要喚。7.1每.5地下吵水的月其它玩補給省來源（1）水找?guī)鞚B餅漏。（2）灌溉糟滲漏：壯灌溉渠擋系、灌匪溉田間兆滲漏補夕給。（3）工業(yè)下及生活扭廢污水喪的滲漏慣補給。（4）人工默補給癥地下早水：采用有鼓計劃的伴人為措飄施補充主含水層英的水量兩。Co旁mp趨an矩y諸L攜og踏o人工補績給地下舅水人工補勿給地下追水的方腿式有：①地閑面，②脹河渠季，③乏坑池蓄莖水滲補支，④狗井孔灌蘭注。目的：①補測充與儲浴存地下尸水資源俘，抬升禁地下水卡位；②貍儲存臉熱源怠、冷位源；③控綱制地面侄沉降；④防饒止海水屋倒灌、豆咸水入岸侵；⑤改送善生態(tài)錦環(huán)境7.端2地下執(zhí)水的雙排泄地下水訊排泄的座研究包括靜：排泄方側(cè)式、排批泄機制婚、影響陸因素、士排泄量療的確定排泄自方式：泉（點狀排泄）向地遭表水眨體泄流（河物流—線狀）、蜓向相鄰奮含水水層的排泄蒸發(fā)蒸筍騰（面狀排泄厘）人工努排泄前三種熱排泄方哨式稱為徑流棟排泄，與蒸發(fā)排縱泄的區(qū)別：徑流懸排泄—水分（腿鹽分）壟呈液態(tài)己排出,鹽隨渾水去蒸發(fā)遇排泄—水分呈告氣態(tài)排塑出，鹽草分積累重下來，水去恰鹽留Co宏mp吼an壟y孝L杜og執(zhí)o7.2匯.1泉spr婦ing定義：泉是地鑼下水的掛天然露毯頭。多為“尖點”狀濃，屬徑流排己泄分類：根據(jù)補繞給泉的械含水層控類型可椒將泉劃討分為上升泉蓮、下降同泉。根據(jù)出澤露成因虎可分為侵蝕哭泉、企接觸肌泉和友溢流江泉、吃斷層義泉、鳥接觸棉帶泉。根據(jù)酒出露盲條件涂又將春下降腸泉分嗚為：侵蝕泉幸：地形鴨切割到臺潛水面接觸爬泉：歌地形淹切割異至隔旱水底漲板溢流泉誰：水流爛在前方悶受阻，塵水位抬挽升，而蘿溢流成朝泉Com形pan握y覆Log做o下降合泉侵蝕徐泉：地形切誤割到潛叉水面接觸泉：地形切使割至隔侄水底板仙出露溢流仆泉：水流在勢前方受商阻，水恥位抬升掙，而溢葬流成泉：出露鎮(zhèn)潛水產(chǎn)含水飲層中炸的泉Co撒mp說an瞧y劣L貪og句o上升泉2.上升泉蜓（出露于峰承壓含尿水層中頌的泉）

上案升泉根掌據(jù)出露焦條件分鴉為：侵蝕泉烏，斷層謙泉，接摧觸帶泉Co咳mp絡(luò)an嗓y概L域og衫o7.員2.棋1泉spr改ing3.泉的哨水文茅地質(zhì)嫂意義泉的障出露閣標高熔、流涌量、白動態(tài)撿、溫肥度、虛水化搭學特盡征a.泉出露應兩側(cè)巖禾層的含乓水性：迫含水層奶；隔水燃層b.泉出閑露處道斷層赴的導隆水性c.泉的流禾量大小搖：導水固性的好究壞d.泉的尿溫度述：地冒下水區(qū)循環(huán)芒深度e.泉流脆量大故小或傭水化噴學：傍補給持與徑壞流條頌件的棉好壞Com昂pan吃y倒Log逮o山東河濟南亮百脈仍泉在實際嘉中泉的銅成因與帝定名是捐比較難研判定的P80-旦81為畝濟南全叉群成因辮條件分濃析-請自學Com蠶pan攻y爪Log戀o河流擔切割葉含水叛層時類，地束下水個向河扯流的宮排泄趣，稱央為泄流地下簡水的吸泄流孩量可洪通過散分割智河流牛流量披過程忍線的雅方法登確定7.農(nóng)2.濃2泄流基流：徑流過骨程線中俘表示河銀道內(nèi)常律年出現(xiàn)發(fā)并基本我穩(wěn)定的幅那部分暈水流，際完全由條地下水川補給。Com藍pan替y撥Log喂o7.2起.3蒸發(fā)概和蒸蓮騰水面蒸行發(fā)：是潛意水以彈氣體夕形式職通過鞋包氣鼠帶向漁大氣秘排泄郊水量雜的過預程。土面蒸貿(mào)發(fā)：潛水通辭過包氣煤帶耗失呀水分葉面鐘蒸騰：通過植儉物根系恩吸收潛識水或包療氣帶水塌轉(zhuǎn)化為酷葉面水棟而蒸發(fā)溉消耗（一株袖大的植音物，猶簽如一臺挺生物抽詳水機）Co趙mp窄an寒y拒L堤og單o7.2鞏.3蒸發(fā)些和蒸掀騰的驚影響峰因素a.氣候因洽素：干燥殲，氣每溫高慣，蒸稻發(fā)量瓜愈大b.地下水欄位埋深：超過愛蒸發(fā)言極限辜深度則蒸發(fā)鉛→0如：齊華北冰地區(qū)亭，水怠位埋苦深>5這m，基本凳不考慮估蒸發(fā)干旱統(tǒng)地區(qū)方，極碎限水斤位埋租深大盤；濕端潤地盟區(qū)極騾限埋郵深小c.包氣矩帶巖辰性：Com諒pan電y偶Log狐o7.涂2.棵3蒸發(fā)和競蒸騰的熔影響因蓋素c.包氣諸帶巖轟性：hc和毛手細上都升速悶度Vc息=KI容易產(chǎn)醬生鹽堿崖化的是物哪類土拿？巖性砂礫石粉砂亞砂粘土K大中小極小hc小/極小中大很大Vc小大中小Co判mp敬an距y皇L毅og此o7.兇2.須4蒸發(fā)氧量的瘋測定扔方法地中滲會透儀潛水位奪動態(tài)經(jīng)驗障公式式中：ε---惠-地下水暢（潛水歌）消耗謹于蒸發(fā)梯與蒸騰紛的強度(m細m/扒d)；ε0---熄-z偶=0時水壩面蒸悅發(fā)強顫度(mm烈/d)；z--模--材-地下水叮位埋深(m望)；z0---臭--地下水吊位臨界救埋深，1~5阻m；n--順--閑-指數(shù)，虎一般1≤n彼≤3；μ--漫--圈-水位變妻動帶給售水度；△H-所--仆-由于描蒸發(fā)脊蒸騰四而產(chǎn)麗生的輝地下棒水位敲下降呀值(m喝m/值d)。地下那水位盼埋深約越淺墻，蒸腔發(fā)越疫強烈閑；地下水水位埋深墓高于地或下水位絞埋深時劍，蒸發(fā)盒停止。Com櫻pan番y雪Log醬o蒸發(fā)賴量的軟測定抽方法地中殃滲透許儀測蒸發(fā)量

地中煩滲透番儀結(jié)粉構(gòu)圖Com君pan瓣y與Log真o7.卻2地下覽水的罩排泄7.2俱.4側(cè)向徑流和禽越流排縣泄7.2矮.5人工貓開采具體表只現(xiàn)為：組大城市需的集中桌抽水恨或礦泰區(qū)的秋疏干災排水。有些換地方象的人提工排晃水量飼甚至曲大于碼天然糖排泄攏量，攔導致通地下供水位姜的顯衛(wèi)著下驗降，循甚至役改變途了含水層虹補給、昏徑流和口排泄原涂始條件。礦井辨抽水城市倉超抽救地下桌水湖南莖婁底真煤礦脂開掘體致千識年不高竭的忘地下臺泉水既干涸在湖瘋南省截婁底渡市婁田星區(qū)耽石井促鄉(xiāng)山喪泉村斯，村軌民自顧古以茅來靠榮著地悼下的定泉水抬生活真和生先產(chǎn)，站而今錘，泉裙水幾倍乎全碧部消紀失。萬從今奏年開兆始，絡(luò)很多鎖農(nóng)田膨無法介再種鹽植水孩稻，愛一些糧房屋魚開裂圓，稻撈田下艷沉。開裂杠的路霞面一百多孫口8米深終的水拘井可等以看手見底一條3米來寬40米長摟的塌