地下水概论第7部分 地下水的补给与排泄.ppt

LOGO Hydrogeoloy 水文地质学 第七部分 地下水的补给与排 泄 Recharge，Discharge of G.W. Company Logo 本章内容 第一节节 地下水的补给补给 第二 节节地下水的排泄 第三节节 地下水补给补给 与排泄对对地下水水质质的影响 Company Logo 本章内容 地下水是通过补给过补给 与排泄两个环节环节 参与自然界的水循 环环 补给补给补给补给 ：含水层层或含水系统统从外界获获得水量的过过程 排泄排泄：含水层层或含水系统统向外界排出水量的过过程 Company Logo 第一节第一节 地下水的补给地下水的补给 一一 大气降水对地下水的补给 二二 地表水对地下水的补给 三三 含水层之间的补给含水层之间的补给 Company Logo 第一节第一节 地下水的补给地下水的补给 补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化 v 思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么 变化？ 地下水位上升，增加了势势能，使地下水保持不停的流动动 由于构造封闭闭或气候干旱，得不到补给补给 ，地下水的流动动将 停滞 补给的研究包括：补给来源、影响因素(补给条件）与补 给量 地下水的补给来源有： 天然：大气降水、地表水、凝结结水及相邻邻含水层层的补给补给 等 人类类活动动有关的：灌溉溉水入渗、水库库渗漏及人工回灌 Company Logo 一一 大气降水对地下水的补给 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 包气带带是降水对对地下水补给补给 的枢纽纽，包气带带的岩性 结结构和含水量状况对对降水人渗补给补给 起着决定性作用 目前认为认为 ，松散沉积积物的降水入渗有两种方式： 降水入渗的现现象 两类类空隙的入渗过过程总结总结 ： 均匀砂土层层活塞式 (piston/diffuse) 含裂隙的土层层捷径式 (bypass) 山西黄土 Company Logo 山西黄土及其入渗 Company Logo 1、大气降水入渗机制 v “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 一一 大气降水对地下水的补给 降水入渗过程 水分分布曲线 转页 Company Logo 降水入渗过程 湿 锋锋 面 t1 t2 地面 潜水面 Company Logo 入渗速率随时间的变化 K Company Logo 下渗过程水分分布 渗润阶润阶 段渗漏、渗透阶阶段 Company Logo 下渗过程中水分分布带 下渗水流运移模式的 条件 ？ 饱饱和带带- 厚度1.5cm 含水量接近- 水分传输带传输带 过过渡带带 含水量在- 厚度 湿润带润带 含水量变变化大 湿润锋润锋 （面） 含水量% 深 度 cm 风风干土 田 间间 持 水 量 饱饱 和 含 水 量 饱饱和带带 过过渡带带 水分传输带传输带 湿润带润带 湿润锋润锋 Company Logo 一一 大气降水对地下水的补给 1、大气降水入渗机制 v“活塞式”入渗 均匀砂土层层 v“捷径式”下渗 空隙大小极悬悬 殊 捷径式下渗，新水 可以超过老水，优先 达含水层； 捷径式下渗，不必 包气带达到饱和即可 补给下方含水层。 t1 t2 捷径式下渗图图 Company Logo 2 2、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素 P = Rs + E +S + qs 气候因素（P，E）； 降水总总量,降水强度,降水频频率； 降水延续时间续时间 总总量大，强度适中，间间隔短，时间时间 长长的绵绵细绵绵细 雨最有利。 温度适中，温差较较小，相对对湿度大 ，蒸发发强度小。 地形: 高或低，陡或缓 地质: 渗透性愈大则愈有利 地下水位埋深： 其他： Rs E P S qs 一一 大气降水对地下水的补给 Company Logo 一一 大气降水对地下水的补给 3、补给量的确定方法 (1)平原区一般采用入渗系数法（） 降水入渗系数多用年平均值表示 由经验经验 与实验实验 等方法得出 全年降水入渗补给补给 量：Q = P F 1000 Q :m3/a， P : mm， :无量纲纲， F: km2 降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定 Company Logo 双环入渗试验装置双环入渗试验装置 双环注水法-剖面图连续降水 双环内环直径355 cm，高 25 cm，打入土中15 cm，外环直径505 cm，环 高及打入土中深度与内环相同 ，内外环之间维持水层深度为 5 cm，加水用人工 控制。 Company Logo v 地中渗透仪结构图 入渗（蒸发）皿 导水管 地下观测室 室边排水沟 原状土 皿内水位 过滤管 检查管 过滤层 防沉底座 支架 测压管 马里奥特瓶 水位调整 接渗瓶 加水管 出水管 通气管 接渗管 截门 防水墙 Company Logo 一一 大气降水对地下水的补给 3、补给量的确定方法 (2)利用天然潜水位变幅确定(水位动态法)：在研究区地下 水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱不受开采影 响的地段里，观测不同包气带岩性、地下水位埋深 ，观测降水入渗引起的地下水抬升值h，并测定水 位变动带的给水度，则 = qx/ X = h/ X (3)山区降水入渗确定方法 Q-年地下水排泄量 f-汇水面积（km2) X-年降水量（mm) X X h Company Logo 二二 地表水对地下水的补给 v 地表水对地下水的补给（要求以自学为主） v 地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源 v 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 (1)比较较长长年性河流与季节节性河流对对地下水的补给补给 的异同点？ (2)河流补给补给 的主要影响因素有哪些？ (3)如何确定河水对对地下水的补给补给 量？ v 补给必要条件： 有水力联联系 地表水水位高于地下水水位 季节性河流 河流不同部位 Company Logo 季节性河流补给地下水 Company Logo 河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系 Company Logo 三三 含水层之间的补给含水层之间的补给 v 越流地下水 量的内部转化 v v 潜水承压水之 间的补给 v v 思考题： 图7-11（右图） 中泉水的大小与 哪些因素有关！ 越流 Company Logo 越流（Leakage）：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 越流量如何计算？ Company Logo v 含水层层通过过钻钻孔 发发生水力联联系 含水层层通过过导导水断 层层 发发生水力联联系 含水层之间的水力联系 Company Logo 第三节第三节 地下水的排泄地下水的排泄 v 地下水排泄的研究包括： 排泄方式、影响因素、排泄量的确定 v 排泄方式： 泉（点状排泄） 向地表水体泄流（河流线线状）、向相邻邻含水层层的排泄 蒸发发（面状排泄） v 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（盐盐分）呈液态态排出,盐盐随水去 蒸发发排泄水分呈气态态排出，盐盐分积积累下来，水去盐盐留 Company Logo 一 泉 spring v 泉是地下水的天然露头，多为“点”状，属径流排泄 v 泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，据 补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。 1.下降泉(出露潜水含水层中的泉） 根据出露条件又将下降泉分为为： 侵蚀蚀泉：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 Company Logo 下降泉 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 Company Logo 上升泉 v 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 Company Logo 一泉 spring 3. 研究泉的意义？ 直接得到水文地质资料；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 地下水位标高， 岩层的含水性（透水性）， 含水岩层的补给，循环（交替） 地质构造、断层等， 供水水源（直接利用）。 间接分析出水文地质信息。 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 Company Logo 山东济南百脉泉 在实际实际 中泉的成因与定名是比较难较难 判定的 P76-77为济为济 南全群成因条件分析-请请自学 Company Logo v河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流 v地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定 二二 泄流泄流 Company Logo 三三 蒸发和蒸腾 蒸发与蒸散腾 evaporation & evapotranspiration 土面蒸发： 潜水通过过包气带带耗失水分 叶面蒸腾： 通过过植物根系吸收潜水或包气带带水转转化为为叶面 水而蒸发发消耗 （一株大的植物，犹如一台生物抽水机） Company Logo 三三 蒸发和蒸腾 1、土面蒸发过程 v 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 v 毛细上升速度: 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VEVC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！ v VC =? Company Logo L 有 蒸 发发 无 蒸 发发 土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程 Company Logo 三三 蒸发和蒸腾的影响因素 a.气候因素： 干燥，气温高，蒸发发量 愈大 b.地下水位埋深： 超过过蒸发发极限深度 则则蒸发发0 如：华华北地区，水位埋深 5m，基本不考虑虑蒸发发 干旱地区，极限水位埋深 大；湿润润地区极限埋深小 c.包气带岩性： Company Logo 三三 蒸发和蒸腾的影响因素 c.包气带带岩性： 蒸发发与毛细细上升速度 Vc = KI 有关 问问：容易产产生盐盐碱化的是哪类类土？ 岩性砂砾砾石粉砂亚亚砂粘土 K大中小极小 hc小/极小中大很大 Vc小大中小 Company Logo 四四 蒸发量的测定方法 地中渗透仪 潜水位动态 经验公式 v v 第七章结束 地 中 渗 透 仪仪 结结 构 图图 测测蒸发发量 Company Logo 第三节 地下水补给与排泄对地下水水质的影响 （1）干旱地区的潜水往往因长期蒸发浓缩而成为高矿化水。 经常获得低矿化水补给的地段，如河流沿岸，季节性集水洼地，灌渠 两侧等，常可找到适于饮用的淡水透镜体。 （2）高矿化水与污染水的补给，则使含水层水质恶化，这多半是在人为 影响有关。 （3）地下水排泄对水质影响可分为两大类： 一类是径流排泄，包括以泉、泄流等方式的排泄在内，其特点是盐随 水走。 另一类是蒸发排泄，其特点是水走盐留。 总之， 渗入一径流型地下水长期循环的结果，使岩土与其中赋存的地下水向溶 滤淡化方向发展； 渗入一蒸发型地下水使补给区的岩土与地下水淡化脱盐，排泄区的地下 水盐化，土壤盐渍化。 Company Logo 第三节 地下水补给与排泄对地下水水质的影响 Company Logo 练习 如图143(a)所示，一条流量较大的常年河 流由于一次洪水经过而引起河水位 上升， 河水补给岸边(右岸)含水层地下水，随着河水 位下降，地下水向河流排泄。图143(b)表 示河流流量过程线，其中t0, tp分别表示河水 位开始上升和达到最高处的时间。 试在图1-43(c)上绘出岸边含水层储水体积 的变化曲线， 在图143(d)上绘出流经河流岸边的流量变 化曲线， 在图1-43(e)上绘出岸边含水层地下水向河 流的排泄量变化曲线。 Company Logo 举例说明人工补给地下水的意义并列举主要的补给途径。 试分析在相同条件下进行人工回灌时，承压含水层和潜水含水层的贮水 能力的大小。 试列举5种含水层之间的补给关系，并用相应的剖面图表示。 泉是地下水的天然露头。请 (1) 列举6种类型的泉，并用相应的水文地质 示意剖面图表示它们的出露条件； (2) 简述泉的水文地质意义。 试述泉流量动态的控制因素。 下列式子可以用来表征泉的流量动态特征： Q = Q0e-t 式中，Q0是泉流量开始衰减时刻的流量值；Q是泉流量衰减段任一时刻 的流量值；是衰减系数；t是泉流量衰减段时间。 (1) 试讨论该公式所依据的是一种什么样的模式。 (2)当Q0 = 3.5 m3s，t = 100d时，Q = 3.5 m3s，试求衰减系数 ，并求 t = 40d时的泉流量。 Company Logo 如图1-44所示的均质承压含水层，所有其他条件完全相同，仅含水层渗 透系数K不