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 地下水的补给,第二 节地下水的排泄,第三节 地下水补给与排泄对地下水水质的影响,Company Logo,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,Company Logo,第一节 地下水的补给,一 大气降水对地下水的补给,二 地表水对地下水的补给,三 含水层之间的补给,Company Logo,第一节 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 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，增加了势能，使地下水保持不停的流动 由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将停滞 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,Company Logo,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人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： 降水入渗的现象 两类空隙的入渗过程总结： 均匀砂土层活塞式 (piston/diffuse) 含裂隙的土层捷径式 (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 “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,Company Logo,入渗速率随时间的变化,Company Logo,下渗过程水分分布,Company Logo,下渗过程中水分分布带,下渗水流运移模式的条件 ？ 饱和带- 厚度1.5cm 含水量接近- 水分传输带 过渡带 含水量在- 厚度 湿润带 含水量变化大 湿润锋（面）,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,Company Logo,一 大气降水对地下水的补给,1、大气降水入渗机制 “活塞式”入渗 均匀砂土层 “捷径式”下渗 空隙大小极悬殊 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,Company Logo,2、降水补给的影响因素 P = Rs + E +S + qs 气候因素（P，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: 渗透性愈大则愈有利 地下水位埋深： 其他：,Rs,E,P,S,qs,一 大气降水对地下水的补给,Company Logo,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 由经验与实验等方法得出 全年降水入渗补给量：Q = P F 1000 Q :m3/a， P : mm， :无量纲， 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,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 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),Company Logo,二 地表水对地下水的补给,地表水对地下水的补给（要求以自学为主） 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 (1)比较长年性河流与季节性河流对地下水的补给的异同点？ (2)河流补给的主要影响因素有哪些？ (3)如何确定河水对地下水的补给量？ 补给必要条件： 有水力联系 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 含水层之间的补给,越流地下水量的内部转化 潜水承压水之间的补给 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,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,含水层之间的水力联系,Company Logo,第三节 地下水的排泄,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,Company Logo,一 泉 spring,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，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： 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,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,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,在实际中泉的成因与定名是比较难判定的 P76-77为济南全群成因条件分析-请自学,Company Logo,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,Company Logo,三 蒸发和蒸腾,蒸发与蒸散腾 evaporation & evapotranspiration 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）,Company Logo,三 蒸发和蒸腾,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 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！ VC =?,Company Logo,土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程,Company Logo,三 蒸发和蒸腾的影响因素,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，基本不考虑蒸发 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：,Company Logo,三 蒸发和蒸腾的影响因素,c.包气带岩性： 蒸发与毛细上升速度 Vc = KI 有关 问：容易产生盐碱化的是哪类土？,Company Logo,四 蒸发量的测定方法,地中渗透仪 潜水位动态 经验公式 第七章结束,地 中 渗 透 仪 结 构 图,测蒸发量,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。,第三节 地下水补给与排泄对地下水水质的影响,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。,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。,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不同，有a、b两种情况，且KaKb。试比较a、b两种情况下泉的流量在雨季、旱季及年平均流量的大小。 某地山体上部为透水层，下部为隔水层，两侧有泉水出露 (如图1-45所示)， (1)请在图上示意绘出雨季地下水位，标出地下分水岭位置； (2) 比较两泉流量Qa，Qb的大小和变化；(3) 如果上部地层为石灰岩，哪个泉附近岩溶会更发育?,在图1-46中绘出了4张地下水动态示意曲线图，试分析它们的特点及可能的形成条件。,某地区分布有潜水含水层和承压含水层，潜水含水层与承压含水层之间的弱透水 层厚30m，地下水开采层是承压含水层。有两个位于地下水开采区的相邻的观测井，一个是7m