第8章 地下水的补给与排泄课件

第8章地下水的补给与排泄第1节地下水补给第2节地下水排泄第3节地下水补给与排泄对地下水水质的影响第8章-地下水的补给与排泄相关概念1、地下水补给含水层或含水系统从外界获得水量的过程。补给不仅反映水量增加，还体现了盐量、能量的增加。2、地下水径流地下水从补给区向排泄区运动的过程。3、地下水排泄含水层或含水系统失去水量的过程。排泄不仅反映水量减少，同时反映盐量与能量的减少。作用：地下水通过补给与排泄，保持其不断循环流动，与外界发生水量、盐量和能量的交换，在内部实现水量、盐量和能量的时空演变。因此，补给、排泄与径流决定着地下水水量水质在空间与时间上的分布。第8章-地下水的补给与排泄第1节地下水补给地下水补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化

1、思考：

补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？（1）地下水水位上升，增加了势能，使地下水保持不停的流动（2）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2、补给研究包括：补给来源、影响因素（补给条件）与补给量3、地下水补给来源：（1）天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等（2）人类活动？灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌等第8章-地下水的补给与排泄一、大气降水入渗补给讨论：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：

（1）均匀砂土层——活塞式（piston/diffuseinfiltration）

（2）含裂隙的土层——捷径式（bypass/short-circuitinfiltration）第8章-地下水的补给与排泄（1）均质沙土——活塞式入渗入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。活塞式入渗——适用条件：均匀的砂土层

①降水初期t1：土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快

t1t2潜水面第8章-地下水的补给与排泄（1）均质沙土——活塞式入渗

②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

t1t2潜水面第8章-地下水的补给与排泄（1）均质沙土——活塞式入渗

③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。t1t2潜水面第8章-地下水的补给与排泄渗润阶段渗漏、渗透阶段旱季末期，包气带上部含水量低于W0，水分亏缺。雨季初期，降水补足水分亏缺降水补亏多余，下渗下渗水进入地下水面，地下水储量增加，地下水位抬升第8章-地下水的补给与排泄第8章-地下水的补给与排泄（2）含裂隙的土层——捷径式入渗——空隙大小极悬殊

①捷径式入渗，新水可以超过老水，优先达含水层

②捷径式入渗，不必包气带达到饱和即可补给下方含水层t1t2潜水面

当降水强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，一部分雨水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙扩散。存在比较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。第8章-地下水的补给与排泄捷径式下渗与活塞式下渗的两点不同：（1）活塞式下渗是较“新”的推动其下的较“老”的水，始终是“老”水先到达含水层；（2）捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层；对于捷径式下渗，入渗水不必全部补充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。这两点对于分析污染物质在包气带的运移很有意义。第8章-地下水的补给与排泄

2、降水补给影响因素降水量=地表径流量+蒸发量+包气带滞留量+补给含水层量（1）气候因素（P，E）降水总量、强度、频率、持续时间总量大，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。（2）地形：高或低，陡或缓（3）地质：渗透性愈大愈有利（4）地下水位埋深（5）其它PEΔSRSqS地表径流第8章-地下水的补给与排泄

入渗系数（α）——大气降水补给地下水的份额，常以小数表示。入渗水补足水分亏缺后，其余部分继续下渗，达到含水层时，构成地下水的补给。我国，入渗系数α通常变化于0.2~0.4之间，南方岩溶地区可高达0.8以上，西北极端干旱的山间盆地则趋于零。第8章-地下水的补给与排泄降水入渗系数与年降水量、潜水埋深关系曲线潜水埋藏深度（m）（1）降雨量与补给量之间呈近似线性关系（定埋深）；（2）降雨量中有一部分要补充水分亏损，才有补给地下水；（3）地下水埋深越浅，补给量越大（定降雨量）第8章-地下水的补给与排泄

地下水埋深：通过实验研究，降水入渗补给量随地下水埋深的不同而不同。

最佳埋深:降水入渗补给量为最大时的地下水埋深。

最大降水入渗补给量：与最佳埋深相应的降水入渗补给量。第8章-地下水的补给与排泄

3、补给量确定方法（1）平原区一般采用入渗系数法（α）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×

α×F×1000Q：m3/a；P：mm；

α

：无量纲；F：km2降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定第8章-地下水的补给与排泄地中渗透仪结构图在若干个入渗皿中放入本区代表性原状土柱，以水位调节管控制不同的地下水位埋深，经过若干年观测，可以得到不同包气带岩性、地下水位埋深及不同年降水量条件下降水入渗系数α做成图表可以得出各种条件下α值的大小。③地下观测室地中渗透仪的主要用途：①降水入渗补给量②潜水蒸发量③凝结水量第8章-地下水的补给与排泄

3、补给量确定方法利用天然潜水位变幅确定（水位动态法）应用地下水长期动态观测资料，根据天然地下水位变化幅度求。选择符合下列条件的典型地段：①没有开采或地下水不受开采的影响②没有地表水补给③地下水水平径流和垂向越流及蒸发微弱④包气带岩性及地下水位埋深有代表性布置观测井，观测降水期间地下水位抬升值△h，然后测定水位变幅带的给水度u。则第8章-地下水的补给与排泄

3、补给量确定方法（2）山区降水入渗确定方法山区由于地形切割，地下水位埋藏深度大，地下水的蒸发排泄量可以忽略，大体上可认为山区地下水的补给量等于其排泄量，故可通过测定地下水排泄量反求其补给量。山区的入渗系数α是汇水区排泄量（泉、河流）与全年降水、汇水区面积的比值：Q—

年地下水排泄量f—

汇水区面积（km2）X—

年降水量（mm）第8章-地下水的补给与排泄二、地表水对地下水补给地表水体：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（1）比较常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：（1）有水力联系（2）地表水水位高于地下水水位第8章-地下水的补给与排泄二、地表水对地下水补给季节性河流补给地下水第8章-地下水的补给与排泄二、地表水对地下水补给河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系第8章-地下水的补给与排泄

（1）山区：河流深切，河水位常年低于地下水位，起排泄地下水的作用；

（2）山前：堆积作用加强，河床抬高，地下水埋深大，则河水经常补给地下水；（3）冲积平原中上游：河水位与地下水位接近，汛期河水补给地下水，非汛期河水排泄地下水；（4）冲积平原中下游：堆积作用强烈，形成“地上河”（尤其在北方），如黄河下游，此时，河水常年补给地下水。第8章-地下水的补给与排泄三、含水层之间的补给

两个含水层之间存在水头差且有联系的通路，则水头较高的含水层便补给水头较低者。第8章-地下水的补给与排泄三、含水层之间的补给

两个含水层之间存在水头差且有联系的通路，则水头较高的含水层便补给水头较低者。第8章-地下水的补给与排泄三、含水层之间的补给

隔水层分布不稳定时，在其缺失部位的相邻的含水层便通过“天窗”发生水力联系。

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。通常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层。第8章-地下水的补给与排泄三、含水层之间的补给

含水层通过切穿隔水层的导水断层发生水力联系第8章-地下水的补给与排泄三、含水层之间的补给

穿越数个含水层的钻孔或止水不良的分层钻孔，都将人为地构成水由高水头含水层流入低水头含水层的通道第8章-地下水的补给与排泄三、含水层之间的补给

越流量如何计算？

1、影响越流补给量大小的因素（1）两个含水层之间的水头差；（2）裂隙、断层的透水性；（3）弱透水层的透水性及厚度。

2、越流补给量的确定

K——

弱透水层垂向渗透系数；

I——

驱动越流的水力梯度；

HA

——

含水层A的水头；

HB

——

含水层B的水头；

M——

弱透水层厚度（等于渗透途径）；

W——

越流面积

第8章-地下水的补给与排泄四、人工补给灌溉回归水的补给将灌溉渗漏补给含水层的水（包括渠道与田面渗漏）称之为灌溉回归水。

渠系入渗：大型沟渠渗漏相当于地表水入渗补给

田面入渗：当灌溉水量超过地下水面以上包气带土层的蓄水能力时，能对地下水产生补给。灌水入渗过程与大气降水入渗过程基本相同。进入田间的水量与渠道总输水量的比值，称为渠系有效利用系数。一般大型灌溉系统的有效利用系数为

0.4~0.6。第8章-地下水的补给与排泄人工回灌

采用有计划的人为措施补充含水量的水量称为人工补给地下水。其目的有：

（1）补充、储存地下水资源；

（2）抬高地下水位以改善地下水开采条件；

（3）储存热源以用于锅炉用水；

（4）储存冷源用于空调冷却；（5）控制地面沉降；

（6）防止海水倒灌与咸水入侵含水层。第8章-地下水的补给与排泄实例1某一水源地（均衡区）位于平原地带，区域面积为100Km2，年平均降水量为600mm，降水入渗系数为0.2，地下水位埋深较浅，蒸发强度为0.00008m3/（m2.d）。有一条河流补给地下潜水，河床的补给长度为8Km，单宽流量为5m3/（m.d），水源地开采量为每年2000万m3。回答以下问题：（1）列出该水源地进行水均衡计算的表达式。（2）根据收入项和支出项，计算该水源地是正均衡还是负均衡？第8章-地下水的补给与排泄（1）列出该水源地进行水均衡计算的表达式式中：—降水入渗补给量；—地表水入渗补给量；

—潜水蒸发量；—开采量；—潜水存储变化量

（2）根据收入项和支出项，计算该水源地是正均衡还是负均衡？

=0.6×0.2×108×=1.2×107（m3）；

=5×8000×365=1.46×107（m3）；

=0.00008×108×365=0.29×107（m3）；

=2.0×107（m3）。收入项=2.66×107（m3）＞支出项=2.29×107（m3）为正均衡。第8章-地下水的补给与排泄实例2在某河流的一次水文试验观测中，记录了两个距离不远的断面的河流流量差变化曲线

Q(t)，以及地下水向该河泄流量的变化曲线Qw(t)，观测过程中有一次强降雨从t0开始，在t1结束，降水强度为W，这次强降水引起地表径流和地下径流的升降，直到t2恢复初始状态，初始径流量为

Q0（下图所示）。已知观测段对应的流域面积为A。分析以下问题：（1）观测时期地下水与河流的关系？（2）地表、地下径流量的峰值出现时间为何不同？（3）基流量

Q0主要由哪些部分组成？地下水泄流量Qw为何先增大，后减小？（4）计算一下本次强降水的入渗补给系数。第8章-地下水的补给与排泄实例2

（1）在观测使其地下水与河流是相互补给的关系：在t0-t1为河流补给地下水；在t1-t2为地下水补给河流。（2）根据上图分析可知，在这次强降水过程中，河流得到迅速补给，并很快使亏缺部分得到补足，很快达到地表径流量的峰值；在此同时多余水分下渗补给地下水，但由于下渗的水少且由于地质条件原因下渗速率慢，地下径流量的峰值必定居后。（3）基流量

Q0主要由：包气带中的结合水(包括吸湿水和薄膜水)和毛管水，饱和带中的重力水（包括潜水和承压水）。在这次强降水初期，地下水位小于地表水位，所以地表水补给地下水，Qw先增大；当强降水结束后，地下水通过不断的地表水补给达到峰值，同时由于气候，地质，植被等条件影响，地下水位大于地表水位，地下水补给地表水，Qw后减小。（4）根据Q=X*a*f*1000可知，入渗补给系数

a=Q/(X*f*1000)=∫(t0-t2)Qwd(t)/(∫

t0-t2)

Q(t)*A*1000d(t))。

(注∫(t0-t2)d（t）表示从t0-t2段积分)第8章-地下水的补给与排泄第2节地下水排泄地下水排泄研究包括：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8章-地下水的补给与排泄一、泉1、泉

——地下水的天然露头，多为“点”，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

2、泉的分类（1）按补给源（补给泉含水层类型）：上升泉、下降泉（2）按出露条件：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，溢流成泉下降泉第8章-地下水的补给与排泄泉的类型：下降泉：a,b侵蚀泉；c接触泉；d,e,f,g溢流泉。上升泉：h侵蚀泉；I断层泉；j接触泉第8章-地下水的补给与排泄3、研究泉的意义？（1）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。如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⑤供水水源（2）间接分析水文地质信息①泉出露两侧岩层的含水性：含水层、隔水层；②泉出露处断层的导水性；③泉流量大小：导水性的好坏；④泉的温度：地下水循环深度；⑤泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏。第8章-地下水的补给与排泄二、地下水的排泄——泄流1、泄流当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水的泄流。2、泄流量的估算对流量比较稳定的承压含水层泄流量，通过流量过程线采用直线分割法。3、基流在流量过程线上找到起涨点A，以及退水后流量趋于稳定的B点，AB连线以下部分即为泄流量，称为基流。第8章-地下水的补给与排泄二、地下水的排泄——蒸发1、蒸发类型（1）与饱水带无直接联系的土壤水蒸发

包气带上部的水，包括孔角毛细水、悬挂毛细水乃至过路毛细水（包括结合水）都不与潜水面发生直接联系。这部分水由液态转为气态而蒸发排泄，造成包气带水分亏缺。土壤水的蒸发强度取决于气候及包气带岩性。它使土壤水盐分