地下水的补给、排泄与径流.ppt

1、,第五章 地下水的补给、排泄与径流,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,第一节 地下水的补给 第二节 地下水的排泄 第三节 地下水的径流,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

2、人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌,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,见图5-1,湿 锋 面,t1,t2,地面,潜水面,降水入渗过程,（一）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

3、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,平原区降水入渗的补给量方程 qX=X-Rs-E-S qX 降水入渗补给含水层量 X 年降水总量 Rs 地表径流量 E 蒸发强度 S 包气带水分滞留量 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。 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,（二）影响降水补给的影响因素,（三）四种不同时间尺度地补给,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

4、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。,（四）降水入渗的研究方法及入渗系数的测定,1、测试方法 降水入渗系数可用地中渗透仪法、中子水分仪来测定,地中渗透仪结构图,（四）降水入渗的研究方法及入渗系数的测定,2、利用天然潜水变幅求入渗系数：先根据潜水面的上升值，求出入渗量Xi,再求出入渗系数。 3、降水入渗系数的经验数值 降水入渗系数与岩性和地下水埋深的关系，见表5-1 降水入渗系数与年降水量和地下水埋深的关系见表5-2 山区降水入渗系数的经验数值，见表5-3 根据入渗系数求年入渗补给量 全年降水入渗补给量：Q =XF1000 m3/a，mm，无量纲，km2 降水入渗系

5、数多用年平均值表示 ，通常0.20.5，南方岩溶地区达0.8，西北干旱地区趋于0。,：降水入渗系数; qx：年降水入渗量(mm); X：年降水量(mm).,地表水补给地下水的必要条件：1、两者之间必须具有水力联系 2、地表水位必须高于地下水位（实例） 地表水补给地下水的时间上变化，见图5-11、图5-12 地表水补给地下水的空间上变化 地表水补给地下水的影响因素：河床的透水性、河道的宽度及补给段的长度、河水水位高度,二、地表水对地下水的补给,二、地表水对地下水的补给,地表水对地下水的补给量的确定方法,测流法： 在有渗漏的河、渠段的上、下游断面上实测河、渠流量，其流量减少的差值，即为河、渠水对地

6、下水的入渗补给量。 （Q1-Q2）t 注意： 所选择的测流段最好没有支流； 如有人工开采量时，应扣除； 当水面宽度很大时，应扣除水面蒸发量。,大气降水补给与河流补给的特点 大气降水补给是面状补给，范围广比较均匀 地表水是线状（河流）和点状（小湖、坑、塘）补给，局限于地表水体周边 大气降水补给持续时间有限 地表水体补给持续时间长，或是经常性的。,承压水的补给：与潜水的区别主要在于补给区域与面积，见图5-13,三、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。,四、含水层之间的补

7、给,含水层之间补给的条件： 1.两个含水层之间有水力联系 2.存在水头差,补给的类型：直接补给和间接补给 “天窗”的概念及实例。图5-15. 弱透水层的概念及实例，图5-16.,承压水补给潜水,潜水补给承压水,松散沉积物中含水层通过“天窗”及越流渗透发生水力联系,含水层通过导水断层发生水力联系,五、地下水的人工补给,地下水的人工补给 主要方法：人工专门补给（回灌、诱导补给）、非专门性人工补给（修建水库、渠道渗漏、农业灌溉等），见图5-18、图5-20 人工补给的目的：1、补充水量 2 、调节水温 3、防止地面沉降 4 、改善地下水质 5、防止或减少海水入侵 人工补给的原则：不能引起不良的水文地

8、质和工程地质现象。,第二节 地下水的排泄,长白山温泉,趵突泉,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,泉是地下水的天然露头，多为“点”状，属径流排泄。 形成原因：地形受到侵蚀、地下水受阻水位升高、承压含水层有通道与地表相通。 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 泉

9、按出露成因分类： 1、侵蚀泉 2、接触泉 3、溢流泉 4、断层泉,一、泉,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,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,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 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

10、用）。,温泉,山东济南百脉泉,二、泄流,泄流：当河流、湖泊、海洋等侵蚀到含水层时，地下水分散地沿地表水体周界排泄称为泄流。 河水与地下水的联系状况 潜水与河水无直接水力联系（图5-25） 潜水与河水有直接水力联系（图5-11） 潜水与河水有周期性水力联系（图5-26） 承压水与河水有直接水力联系（图5-27）,二、泄流,泄流量测定方法： 水文过程线：河流某一断面上流量与时间关系的曲线，称为水文过程线（流量过程线）。 基流：向河流排泄的地下水流量称为基流。 水文过程线分割法：通过绘制流量与时间的关系曲线，在曲线上分割出降水补给量和地下水的补给量（基流）。 基本原理：认为正常情况下河水由两部分组成

11、，一部分是降水补给，另一部分是地下水补给。 具体分割方法： 1、直线分割法（图5-28）（包括直线分割法和斜割法） 适用于地下水与河水无直接水力联系 缺点：随意性大，误差大 优点：简便易行,2、标准退水曲线法 具体步骤： 确定标准退水线：图5-30 确定洪峰段 确定起涨点A和退水点B 将标准退水线绘于过程线上（图5-29）求出基流 适用：河流与潜水无直接水力联系、地下水径流不受河水涨落影响。 优点：一定程度反映了地下水泄流规律 3、库捷林分割法（图5-31） 适用：河水与潜水有直接水力联系 原理：枯水期，河流由地下水泄流组成，洪水期，地下水泄流为零。 4、全年连续多峰过程线的分割（图5-32）

12、 先分割出深层地下水补给线 然后按每一个洪峰分割出浅层地下水,三、蒸发排泄,1.土面蒸发 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！ 毛细上升速度: VC =KH/L,有蒸发,无蒸发,三、蒸发排泄,2、叶面蒸腾：叶面蒸发量大于土壤蒸发量，甚至为土壤蒸发量的两倍。,饥饿草原护田对潜水位的影响,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

13、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。 （一株大的植物，犹如一台生物抽水机）,成年树木的耗水能力,第三节 地下水的径流,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、强度的影响因素,径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径流。,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,可用单位时间通过单位断面的流量表示，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

14、位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 构造开启程度，图5-36 断层的导水性，图5-37,径流强度,二、地下水径流系统和径流带 地下水径流系统：实质上是以流面为边界的具有统一补给、径流与排泄的地下水单元。 与地下水系统的区别（地下水含水系统则是具有隔水或相对隔水边界的沉积单元或构造单元。） 地下径流系统的几种模式 裘不依假设（平面流） 哈伯特的河间地块流动模式，图5-38 托思的均质各向同性潜水盆地的理想水流模式，图5-39 费特提出两径流系统的交接处可能存在驻点，图5-40 实例，图5-41、图5-42 强径流带：在某些发育不均一的泾流场中，强径流区段往往成不规则的

15、带状展布，故称之为强径流带或集中径流带。 强径流带的意义 三、径流强度、居留时间和水质的关系,每平方公里含水层面积上地下水的流量。升/秒平方公里。,四、地下水径流量计算,1. 地下水径流模数（Mc）,每平方公里含水层分布面积上地下水年补给量为若千万立方米， 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）,3.地下径流系数,地下径流量与同一时间内降落在含水层补给面积上的降水量之比，百分数或小数表示。 说明在每年降雨入渗后地下参与径流的多少。 与地下径流模数Mc的关系,1、山区地下水天然补给量、排泄量与径流量的估算 渗入径流型循环 补给量径

16、流量排泄量,四、地下水天然补给量、排泄量与径流量的估算,步骤： (1)如排泄以集中的泉式泉群形式出现，则测定泉的总流量，乘以相应时间，得全年排泄量。 (2)如排泄以向河流泄流形式出现，则通过分割河流流量过程线求得全年排泄量。 (3)查得含水层分布面积，求箅地下径流模数或地下水补给模数。 (4)如有必要且资料允许时，可对各个含水层分别计算排泄量，并求分层的地下径流模数或地下水补给模数。,1）浅层水 渗入一蒸发、径流型 渗入一蒸发型循环 补给排泄量；径流量补给量(排泄量)。,2、平原及山间盆地地下水天然补给量、排泄量及径流量的估算,2）深层承压水,补给来源有： (1)山前冲洪积平原砾石带潜水的下渗； (2)毗邻山区的侧向补给； (3)来自深部基岩含水层的补给。 排泄量补给量,利用达西定律可以求算某一断面承压含水层的径流量。,概念模型提出的意义 概念模型的定义：水文地质概念模型是从现场和实验所收集到的具体数据的综合，也就是表示有关含水层结构和作用以及含水系统特征方面的数据图，即“概念示意图”。 水文地质概念模型的资料 水文地质建造特征 介质状况：边界面、厚度、岩性、粒度或裂隙发育程度等 地质边界条件和水动力