水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄課件

防災(zāi)科技學(xué)院張耀文水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

FundamentalsofHydrogeology水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄本章內(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)的影響水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄

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。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄

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)。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1地下水的補給補給使含水層的水量、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水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.1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(rèn)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)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄1、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(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——滲漏與滲透階段降水再持續(xù)：當(dāng)土層濕鋒面推進到支持毛細(xì)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水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄?jié)皲h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。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄下滲過程水分分布滲潤階段滲漏、滲透階段水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.1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(dá)含水層；②捷徑式下滲，不必包氣帶達(dá)到飽和即可補給下方含水層。捷徑式下滲圖t1t2捷徑式下滲圖水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄山西黃土及其入滲目前認(rèn)為，松散沉積物中的降水入滲存在活塞式與捷徑式兩種。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄2、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≠水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄（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。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.1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(xì)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REP

SG水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄0

2

4

6

8

0.0

0.2

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0.6

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降雨入滲系數(shù)

水位埋深/m

m

粉細(xì)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.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.1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(dá)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水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄雙環(huán)入滲試驗裝置雙環(huán)注水法--剖面圖——連續(xù)降水水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄地中滲透儀結(jié)構(gòu)圖原狀土樣入滲皿導(dǎo)水管地下觀測室水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄河南鄭州均衡試驗場地中滲透儀

試驗土柱

地下觀測室水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1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(fù)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(rèn)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。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄山區(qū)地下水全部以泉形式集中排泄時，可通過定期測定泉流量求得全年排泄量。如地下水分散泄流，可通過分割河水流量過程線求年排泄量（見下圖）?；鳎簭搅鬟^程線中表示河道內(nèi)常年出現(xiàn)并基本穩(wěn)定的那部分水流，完全由地下水補給。如果山區(qū)地下水有一部分以地下徑流形式排入相鄰的平原或盆地，則必須另行計算這一部分水量加入排泄量中。山區(qū)地下水的排泄量水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄山區(qū)的入滲系數(shù)α是全年降水與河水補給地下水的量與年降水量的比值：Q——年地下水排泄量（m3/a）

，以前述方式求得；f——匯水區(qū)面積（km2）；X——年降水量（mm）。匯水區(qū)：指某一點上游的所有主支流地區(qū)（f就是匯水區(qū)的總面積）。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.2地表水對地下水的補給地表水對地下水的補給補給來源：地表水體（河、湖、水庫等）補給機制:因地而異（空間上），不同部位，巖性等；因時而異（時間上），不同季節(jié)，不同補排關(guān)系地表水補給地下水的必要條件有哪些：

（1）存在水力聯(lián)系（2）地表水水位高于地下水水位（存在水頭差）思考：比較長年性河流與季節(jié)性河流對地下水的補給的異同點？水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄河流不同部位地表水與地下水之間的補給關(guān)系水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄

汛期開始，河水浸濕包氣帶并發(fā)生垂直下滲，使河下潛水面形成水丘（圖a）。河水不斷下滲，水丘逐漸抬高與擴大，與河水聯(lián)成一體（圖b）。

汛期結(jié)束，河水撤走，水丘逐漸趨平，使一定范圍內(nèi)潛水位普遍抬高（圖c）。季節(jié)性河流補給地下水水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄思考：如何確定河水對地下水的補給量？

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄

河水補給地下水時，補給量的大小取決于下列因素：透水河床的長度與浸水周界的乘積（相當(dāng)于過水?dāng)嗝妫┖哟餐杆裕B透系數(shù)）河水位與地下水位的高差（影響水力梯度）河床過水時間

對于常年性河流，為了確定河水滲漏補給地下水的水量，可在滲漏河段上下游分別測定斷面流量Q1及Q2，則河水滲漏量等于（Q1-Q2）t，t為河床過水時間。此滲漏量即為河水補給地下水的水量；但是，對于過水時間很短的間歇性河流？河流對地下水的補給量思考：大氣降水和河流補給地下水的異同？水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄大氣降水與地表水作為地下水補給來源的比較從空間分布上看，大氣降水屬于面狀補給，范圍普遍且較均勻；地表水則可看作線狀補給，局限于地表水體周邊。從時間分布比較，大氣降水持續(xù)時間有限而地表水體持續(xù)時間長，或是經(jīng)常性的。在地表水體附近，地下水接受降水及地表水補給，開采后這一補給還可加強，因此地下水格外豐富。從總體上說，降水量的多寡決定著一個地區(qū)地下水的豐富程度

就其水源而言，地表水是由大氣降水轉(zhuǎn)化而來的，即使對于干旱山間盆地，作為地下水主要補給來源的河水，仍然來源于山區(qū)降水，或以冰雪形式積累起來的高山降水。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄本段小結(jié)大氣降水與地表水對地下水補給的區(qū)別：

(1)空間上:大氣降水屬于面狀補給，范圍普遍且均勻；地表水則可看作線狀補給，局限于地表水體周邊。

(2)時間上:大氣降水持續(xù)時間有限而地表水體持續(xù)的時間長，或是經(jīng)常性的。

(3)影響因素：大氣降水對地下水的補給不同地區(qū)受氣候因素（主要是降雨）影響，河流對地下水的補給關(guān)系沿著河流縱斷面而有所變化。潛水和承壓水含水層接受降水及地表水補給的區(qū)別：

潛水在整個含水層分布面積上都能直接接受補給，而承壓水僅在含水層出露于地表，或與地表連通處方能獲得補給。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.3含水層之間的補給越流——地下水量的內(nèi)部轉(zhuǎn)化潛水—承壓水之間的補給思考題：右圖中泉水的大小與哪些因素有關(guān)！水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄含水層通過鉆孔發(fā)生水力聯(lián)系含水層通過導(dǎo)水?dāng)鄬影l(fā)生水力聯(lián)系含水層之間的水力聯(lián)系水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄越流（Leakage）：具有一定水頭差的相鄰含水層，通過其間的弱透水巖層發(fā)生水量交換的過程。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：越流量如何計算？天窗、越流隔水層分布不穩(wěn)定時，隔水層缺失部位稱為天窗水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄越流補給量計算

用達(dá)西定律Q=KωI進行分析,單位水平面積弱透水層越流量Q為:M式中：K－弱透水層垂向滲透系數(shù)I－驅(qū)動越流的水力梯度HA-含水層A的水頭HB-含水層B的水頭M－弱透水層厚度雖然弱透水層的垂向滲透系數(shù)相當(dāng)小，但水力梯度大，越流的面積大，對于松散沉積物構(gòu)成的含水系統(tǒng)，越流補給量可能大于含水層側(cè)向流入量。7.1.3含水層之間的補給水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.1.4凝結(jié)水的補給凝結(jié)作用指氣溫下降到一定程度由氣態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的過程。一般情況下，凝結(jié)形成的地下水相當(dāng)有限。但是，高山、沙漠等晝夜溫差大的地方，凝結(jié)水對地下水補給很重要。7.1.5地下水的其它補給來源

（1）水庫滲漏。（2）灌溉滲漏：灌溉渠系、灌溉田間滲漏補給。（3）工業(yè)及生活廢污水的滲漏補給。（4）人工補給地下水：采用有計劃的人為措施補充含水層的水量。

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄人工補給地下水人工補給地下水的方式有：①地面，②河渠，③坑池蓄水滲補，④井孔灌注。目的：①補充與儲存地下水資源，抬升地下水位；②儲存熱源、冷源；③控制地面沉降；④防止海水倒灌、咸水入侵；⑤改善生態(tài)環(huán)境

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2地下水的排泄地下水排泄的研究包括：排泄方式、排泄機制、影響因素、排泄量的確定排泄方式：泉（點狀排泄）向地表水體泄流（河流—線狀）、向相鄰含水層的排泄蒸發(fā)蒸騰（面狀排泄）人工排泄前三種排泄方式稱為徑流排泄，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，水去鹽留水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2.1泉spring定義：

泉是地下水的天然露頭。多為“點”狀，屬徑流排泄分類：根據(jù)補給泉的含水層類型可將泉劃分為上升泉、下降泉。

根據(jù)出露成因可分為侵蝕泉、接觸泉和溢流泉、斷層泉、接觸帶泉。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，而溢流成泉水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄下降泉

侵蝕泉：地形切割到潛水面

接觸泉：地形切割至隔水底板出露溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉：出露潛水含水層中的泉水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄上升泉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，接觸帶泉水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2.1泉spring3.泉的水文地質(zhì)意義泉的出露標(biāo)高、流量、動態(tài)、溫度、水化學(xué)特征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)：補給與徑流條件的好壞水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄山東濟南百脈泉在實際中泉的成因與定名是比較難判定的P80-81為濟南全群成因條件分析-請自學(xué)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄河流切割含水層時，地下水向河流的排泄，稱為泄流地下水的泄流量可通過分割河流流量過程線的方法確定7.2.2泄流基流：徑流過程線中表示河道內(nèi)常年出現(xiàn)并基本穩(wěn)定的那部分水流，完全由地下水補給。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2.3蒸發(fā)和蒸騰

水面蒸發(fā)：是潛水以氣體形式通過包氣帶向大氣排泄水量的過程。土面蒸發(fā)：潛水通過包氣帶耗失水分葉面蒸騰：通過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，猶如一臺生物抽水機）水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2.3蒸發(fā)和蒸騰的影響因素a.氣候因素：干燥，氣溫高，蒸發(fā)量愈大b.地下水位埋深：超過蒸發(fā)極限深度則蒸發(fā)→0如：華北地區(qū)，水位埋深>5m，基本不考慮蒸發(fā)干旱地區(qū)，極限水位埋深大；濕潤地區(qū)極限埋深小c.包氣帶巖性：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2.3蒸發(fā)和蒸騰的影響因素c.包氣帶巖性：hc和毛細(xì)上升速度Vc=KI

容易產(chǎn)生鹽堿化的是哪類土？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小大中小水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2.4蒸發(fā)量的測定方法地中滲透儀潛水位動態(tài)經(jīng)驗公式式中：ε----地下水（潛水）消耗于蒸發(fā)與蒸騰的強度(mm/d)；

ε0----z=0時水面蒸發(fā)強度(mm/d)；

z-----地下水位埋深(m)；

z0-----地下水位臨界埋深，1~5m；

n-----指數(shù)，一般1≤n≤3；

μ-----水位變動帶給水度；△H----由于蒸發(fā)蒸騰而產(chǎn)生的地下水位下降值(mm/d)。

地下水位埋深越淺，蒸發(fā)越強烈；地下水位埋深高于地下水位埋深時，蒸發(fā)停止。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄蒸發(fā)量的測定方法地中滲透儀

測蒸發(fā)量

地中滲透儀結(jié)構(gòu)圖水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄7.2地下水的排泄7.2.4側(cè)向徑流和越流排泄7.2.5人工開采

具體表現(xiàn)為：大城市的集中抽水或礦區(qū)的疏干排水。有些地方的人工排水量甚至大于天然排泄量，導(dǎo)致地下水位的顯著下降，甚至改變了含水層補給、徑流和排泄原始條件。礦井抽水城市超抽地下水水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-地下水的補給與排泄湖南