第八章 地下水的补给与排泄课件

本章内容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第八章地下水的补给、排泄与径流第八章-地下水的补给与排泄第一节地下水的补给第八章-地下水的补给与排泄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？

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、凝结水及相邻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第八章-地下水的补给与排泄讨论：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入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：

均匀砂土层——活塞式含裂隙的土层——捷径式一、大气降水补给第八章-地下水的补给与排泄山西黄土垂直裂隙及其捷径下渗第八章-地下水的补给与排泄1、大气降水入渗补给机制“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，毛细力与重力共同作用，下渗趋于稳定——渗润阶段，渗漏与渗透阶段降水再持续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，含水量获得补给，潜水位上升一、大气降水补给第八章-地下水的补给与排泄湿锋面

t1

t2

地面

潜水面

降水入渗过程第八章-地下水的补给与排泄Ks入渗速率随时间的变化Vt——入渗率Z——湿润前锋推进距地面深度的距离hc——毛细压力水头第八章-地下水的补给与排泄渗润阶段渗漏、渗透阶段下渗过程水分分布第八章-地下水的补给与排泄含水量%深度cm风干土田间持水量饱和含水量饱和带过渡带水分传输带湿润带湿润锋下渗过程中水分分布带第八章-地下水的补给与排泄一、大气降水补给1、大气降水入渗补给机制

“活塞式”入渗

——均匀砂土层“捷径式”下渗——空隙大小极悬殊①捷径式下渗，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捷径式下渗图第八章-地下水的补给与排泄一、大气降水补给2、四种不同时间尺度的补给1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后；2）季节性补给：有规律的季节性；3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补给；4）历史性或古补给：古代埋藏水。第八章-地下水的补给与排泄3、补给量的确定方法平原区一般采用入渗系数法（

）全年降水入渗补给量：Q=X·

·F·1000

m3/a，mm，无量纲，km2

降水入渗系数多用年平均值表示降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定由经验与实验等方法得出一、大气降水补给

：降水入渗系数;qx：年降水入渗量(mm);X：年降水量(mm).第八章-地下水的补给与排泄4、降水补给的影响因素X=Rs+E+ΔS+qX

气候因素（X，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，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小。地形:高或低，陡或缓地质:包气带岩性地下水位埋深：其他：植被、城市化一、大气降水补给大气圈地面包气带（水分滞留）含水层（获得补给）地表径流蒸发降水入渗Rs

E

X

S

qX

第八章-地下水的补给与排泄岩性及水位埋深对降雨入渗补给的影响0

2

4

6

8

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

降雨入渗系数

水位埋深

m

粉细砂

亚粘土

夹层土

第八章-地下水的补给与排泄双环注水法--剖面图——连续降水双环入渗试验装置第八章-地下水的补给与排泄河南郑州均衡试验场地中渗透仪

试验土柱

地下观测室适用于温带地区地下水埋深不大、易扰动土壤结构第八章-地下水的补给与排泄地中渗透仪结构图第八章-地下水的补给与排泄地表水对地下水的补给

地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源河流补给: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。

二、地表水对地下水的补给

季节性河流第八章-地下水的补给与排泄河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系二、地表水对地下水的补给第八章-地下水的补给与排泄季节性河流补给地下水二、地表水对地下水的补给第八章-地下水的补给与排泄二、地表水对地下水的补给比较常年性河流与季节性河流对地下水的补给的异同点？河流补给的主要影响因素有哪些？如何确定河水对地下水的补给量？地表水补给地下水的必要条件有哪些？第八章-地下水的补给与排泄三、凝结水的补给温度降低时，饱和湿度降低，温度降到一定程度，绝对湿度与饱和湿度相等，继续下降，超过饱和湿度的那部分水汽凝结成水，由气态水转化成液态水的过程称为凝结作用。第八章-地下水的补给与排泄潜水—承压水之间的补给越流地下水量的内部转化思考题：（右图）中泉水的大小与哪些因素有关？四、含水层之间的补给第八章-地下水的补给与排泄越流：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。思考：越流量如何计算？天窗、越流——地下水量的内部转化第八章-地下水的补给与排泄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四、含水层之间的补给第八章-地下水的补给与排泄五、地下水的人工补给1—透水层；2—弱透水层；3—地下水位；4—地表水位及井中水位；5—水流方向；6—井人工补给地下水的方式第八章-地下水的补给与排泄第二节地下水的排泄趵突泉长白山温泉第八章-地下水的补给与排泄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）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，水去盐留第八章-地下水的补给与排泄泉是地下水的天然露头，多为“点”状，属径流排泄。泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，根据补给泉的含水层类型可将泉划分为下降泉——上层滞水和潜水补给，流量和水质季节性变化上升泉——承压水补给，流量稳定，水质较好1.下降泉(出露于潜水含水层中的泉）—根据出露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，而溢流成泉一、泉spring下降泉第八章-地下水的补给与排泄一、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，而溢流成泉下降泉第八章-地下水的补给与排泄一、泉2.上升泉（出露于承压含水层中的泉）

上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉第八章-地下水的补给与排泄7.2.1泉spring（续2）一、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地下水位标高，②岩层的含水性（透水性），③含水岩层的补给，循环（交替），④地质构造、断层等，⑤供水水源（直接利用）。a.泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层b.泉出露处断层的导水性c.泉的流量大小：导水性的好坏d.泉的温度：地下水循环深度e.泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏第八章-地下水的补给与排泄7.2.1泉spring（续2）一、泉山东济南百脉泉在实际中泉的成因与定名是比较难判定的温泉第八章-地下水的补给与排泄河流切割含水层时，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

二、泄流第八章-地下水的补给与排泄二、泄流玛纳斯河1955年日平均流量过程线补给类型分割图1—深层地下水补给；2—融雪水补给；3—浅层地下水补给；4—降雨补给；5—高山冰雪融水补给第八章-地下水的补给与排泄三、蒸发排泄土面蒸发：潜水通过包气带耗失水分叶面蒸腾：通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水而蒸发消耗（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）第八章-地下水的补给与排泄三、蒸发排泄1、土面蒸发过程包气带水分直接耗失——降低包气带水分含量，加大亏损量，潜水通过支持毛细水带将水传输到包气带蒸发，使地下水位下降

蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细水带下降，VC上升，至蒸发速度VE≈VC时，维持稳定的蒸发排泄，排泄的结果，水分不断消耗，地下水位下降，盐分不断积累在土层上部！

毛细上升速度:VC=KΔH/L第八章-地下水的补给与排泄土壤蒸发过程示意图第八章-地下水的补给与排泄L

无蒸发

有蒸发

土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程ΔH

第八章-地下水的补给与排泄三、蒸发排泄——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：超过蒸发极限深度则蒸发→0如：华北地区，水位埋深>5m，不考虑蒸发干旱地区，极限水位埋深大；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〔河北石家庄，据河北省地质局水文地质观测总站〕第八章-地下水的补给与排泄三、蒸发排泄——影响因素c.包气带岩性：蒸发与毛细上升速度Vc=KI

有关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小大中小问：容易产生盐碱化的是哪类土？第八章-地下水的补给与排泄三、蒸发排泄2、叶面蒸腾：饥饿草原护田l林对潜水位的影响定义：植物生长过程中，经由根系吸收水分，在叶面转化成气态水而蒸发。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，某些灌木根系深达地下数十米。蒸腾只消耗水分而不带走盐类。成年树木的耗水能力第八章-地下水的补给与排泄三、蒸发排泄——蒸发量的测定方法地中渗透仪潜水位动态经验公式地中渗透仪结构图测蒸发量

第八章-地下水的补给与排泄最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集中排泄区，具有单一径流方向。一、径流方向第三节地下水的径流第八章-地下水的补给与排泄

对于潜水来说，山区地下水的循环属于渗入—径流型干旱半干旱地区地形低平的细土堆积平原，径流很弱。属于渗入—蒸发型第八章-地下水的补给与排泄可用单位时间通过单位断面的地下水流量表示，即以渗透流速衡量。根据达西定律V=KI

故径流强度与

含水层的透水性成正比补绐区及排泄区之间的水位差成正比与补给区到排泄区的距离成反比二、径流强度

第八章-地下水的补给与排泄承压含水层的径流强度主要取决于构造开启程度第八章-地下水的补给与排泄断层构造盆地的承压含水层，径流条件取决于断层的导水性。当断层导水时，断层构成排泄通路，地下水由各含水层出露地表部分的补给区，流向断层排泄区。当断层阻水时，排泄区位于含水层出露的地形最低点，与补给区相邻，承压区则在另一侧。第八章-地下水的补给与排泄三、地下水径流量计算1.地下径流模数（地下径流率）Mc每平方公里面积上的地下径流量为每秒若干升，升/秒·平方公里(L/s·km2)说明一个地区或一个含水层中以地下径流形式存在的地下水量的大小。第八章-地下水的补给与排泄每平方公里潜水含水层分布面积上地下水多年平均补给量，单位为万立方米/年·平方公里。

在山区，补给模数与地下径流模数（Mc）的换算关系为

2.地下水补给模数（Mb）第八章-地下水的补给与排泄