地下水補給徑流排泄

1、關(guān)于地下水的補給徑流排泄第1頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的補給、徑流、排泄徑流補給與排泄含水層或含水系統(tǒng)與外界進行水量、能量和鹽量交換的環(huán)節(jié)。含水層或含水系統(tǒng)內(nèi)部進行水量和鹽量積累和運輸?shù)倪^程。這三個環(huán)節(jié)決定地下水水量、水質(zhì)和水溫在時間和空間上的變化第2頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的補給、徑流、排泄第3頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的補給、徑流、排泄 水文地質(zhì)條件 hydrogeological condition 地下水埋藏、分布，補給、徑流和排泄條件，水質(zhì)和水量及其形成的地質(zhì)條件等的總稱。 第4頁

2、，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四 補給的研究包括補給量影響補給的因素補給來源地下水的補給含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的作用過程稱作補給。第5頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的補給地下水補給 來 源大氣降水人工補給地表水其它含水層或含水系統(tǒng)的水 其他還有：凝結(jié)水、側(cè)向補給、融雪（凍）水第6頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四一、大氣降水對地下水的補給降水去向：地表徑流、蒸發(fā)返回、土壤水和地下徑流大氣圈地面包氣帶含水層蒸發(fā)降水入滲下滲地表徑流土壤水地下徑流第7頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四一、大氣降水對地下

3、水的補給 一般情況下，入滲補給含水層的水量僅占降水量的2050%，其余的水量通過各種途徑耗失了。第8頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的溫度下滲水分在分子力作用下，被土壤顆粒吸收吸附形成薄膜水滲潤階段滲漏階段滲透階段入滲過程下滲水分在毛管力、重力作用下做非穩(wěn)定流動，逐步充滿土壤空隙水分在重力作用下呈穩(wěn)定流動，到達地下水面，補給地下水。一、大氣降水對地下水的補給第9頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四下滲過程中的土壤水分帶過渡帶連接飽和帶和傳遞帶，含水率明顯降低。飽和帶土壤含水量接近飽和含水量，厚度不超過1.5cm表面保持一定水深，均質(zhì)土壤第10頁，共

4、86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四下滲過程中的土壤水分帶濕潤帶含水量迅速降低至初始含水量，前緣為濕潤鋒。傳遞帶含水量基本保持在飽和含水量和田間持水量之間，沿垂線均勻分布。表面保持一定水深，均質(zhì)土壤第11頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四第12頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四降雨后包氣帶水的下滲方式活塞式 （piston type） 是指上部新的入滲水推動下部較老的水作面狀下移。此類下滲主要發(fā)生于比較均質(zhì)的、孔隙大小差別不大的砂層中。兩種方式捷徑式（short-circuit type）水流不作面狀推進，而沿著某些通路優(yōu)先下滲。例如在粘性土

5、中下滲水往往沿著某些大孔道根孔、蟲孔及裂隙移動。第13頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四活塞式與捷徑式下滲第14頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四 活塞式下滲是年齡較“新”的水推動其下的年齡較“老”的水，始終是“老”水比“新”水先到達含水層；捷徑式下滲時“新”水可以超前于“老”水到達含水層。 對于捷徑式下滲，入滲水不必全部補充包氣帶水分虧缺，即可下滲補給含水層。而活塞式下滲，入滲水則需全部補足上層包氣帶水分虧缺，才會繼續(xù)下滲。捷徑式下滲與活塞式下滲比較活塞式捷徑式第15頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四影響大氣降水補給地下水的因素潛水

6、的分布區(qū)與補給區(qū)往往是一致的 T/F植 被降水強度和持續(xù)時間降水量地下水埋深包氣帶巖性地 形雨前土壤含水量第16頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四雨前土壤含水量 雨前土壤含水量較小，干燥土將吸收大量滲入地表的降水，少量降水只能形成薄膜水而不能形成重力水，因而無法補給地下水； 若雨前土壤含水量較大，并接近田間持水量，則滲入的降水幾乎不再被土壤吸收而直接形成重力水，因而即便只有少量降水也會對地下水產(chǎn)生補給。 在次降水量相等的情況下，同一地區(qū)雨前土壤含水量較大時所引起的潛水位升幅明顯大于雨前土壤含水量較小所引起的潛水位升幅，且次降水量愈大，這種差別越顯著。第17頁，共86頁，20

7、22年，5月20日，8點3分，星期四包氣帶巖性、地下水埋深 巖性：透水性越好，入滲速率越大，降水轉(zhuǎn)化為地下水的量也越大；反之則小。 地下水埋深：通過實驗研究，降水入滲補給量隨地下水埋深的不同而不同。包氣帶巖性第18頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四降水量直接決定其上的包氣帶蓄水能力。包氣帶越厚，其所消耗的水量越多，補給給地下水的有效雨量將隨地下水埋深的增大而減少。地下水埋深：一 般：地下水埋深 注意：這并不意味著地下水埋藏越淺時，地下水得 到的降水補給量就越多第19頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四降水量對地下水的補給起重要作用。在一定的地下水埋深條件下

8、，降水量 越大，補給量也越大。降水量：一 般：降水量第20頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四降水強度、降水歷時降水強度降水歷時單位時間內(nèi)的降水量。 降水強度超過包氣帶的入滲率時，部分降水形成地面徑流，補給地下水的部分相應減少。指降水所持續(xù)的時間。 降水強度小而歷時長的雨型，如毛毛雨，入滲的水僅能濕潤包氣帶，而后又蒸發(fā)返回大氣，不利于補給地下水；綿綿細雨，其降水強度中等，歷時長，降水面積廣，對地下水補給最為有利。降水強度和降水歷時第21頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四植被植被覆蓋率：植物越茂密，降水形成的坡面流的滯留時間越長，對地下水補給越有利。 植物形

9、成的有機物：有利于保護土層結(jié)構(gòu)免受降雨淋蝕，植物根系還可以增加表土的透水性。植被第22頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四植被地形陡峻：降水到達地表后不宜蓄積，不利于地下水的補給； 如黃土高原地形平緩：尤其是低洼處，有利于地下水補給；地形第23頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四小結(jié) 上述補給影響因素是相互制約、互為條件的整體，不能孤立地割裂開來看。要結(jié)合具體情況分析，抓住其中的主要影響因素。*例如，強烈?guī)r溶地區(qū)，即使地形陡峭，地下水位埋深數(shù)百米，由于包氣帶滲透性極強，連續(xù)集中的暴雨也可以全部吸收，70%90%的降水可被吸收第24頁，共86頁，2022年，5

10、月20日，8點3分，星期四佛羅里達州落水洞第25頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四實測法 地中滲透儀（地中蒸滲儀 ） 地中滲透計 1裝滿砂的地中滲透計；2礫石；3濾網(wǎng)；4導水管；5三通；6開關(guān)；7測壓管；8支架；9試坑；10馬利奧特瓶；11漏斗；12彎頭；13水管；14量筒 大氣降水補給地下水水量的確定手動調(diào)節(jié)補水，得到蒸發(fā)量自動獲得補水量，得到入滲補給值第26頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四大氣降水補給地下水水量的確定標準大氣壓下，極小單位水量從一個平衡土水系統(tǒng)可逆地移動到和它溫度相同、處于參比狀態(tài)水池時所做的功。土水勢重力勢；壓力勢；基質(zhì)勢-；溶質(zhì)

11、勢-；溫度勢；第27頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四水分通量法 大氣降水補給地下水水量的確定零通量面法：根據(jù)不同時刻的包氣帶水勢剖面，確定包氣帶水既不向上運移，又不向下運移的零通量點(面)以及不同深度處土壤水分的運動方向，結(jié)合不同時刻，不同深度包氣帶水分含量的變化值觀測資料，最終計算出各時間段內(nèi)通過包氣帶補給潛水的入滲補給量和通過地表的蒸發(fā)蒸騰量 第28頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四水分通量法 大氣降水補給地下水水量的確定定位通量法：以靠近潛水位的位置作為計算邊界，根據(jù)這一計算邊界上下2只負壓計觀測數(shù)據(jù)算出這一位置的水勢梯度，再根據(jù)達西定律及實際做

12、出的滲透系數(shù)與含水率的曲線，算出這一邊界上的水分通量，即為入滲量 第29頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四式中： 滲透系數(shù)； 地下水位變動帶內(nèi)的給水度；地下水動態(tài)分析法 ：三觀測孔資料法大氣降水補給地下水水量的確定側(cè)向入流側(cè)向出流第30頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四式中： 泰森多邊形面積； 地下水位變動帶內(nèi)的給水度； 為中央孔在時段內(nèi)的水位變幅(m) 為流經(jīng)泰森多變形各邊的交換流量之和(m3/d)； 泰森多邊形內(nèi)的入滲或蒸發(fā)量（m3/d）； 地下水動態(tài)分析法：泰森多邊形法 大氣降水補給地下水水量的確定第31頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3

13、分，星期四式中： 降水入滲補給量； 地下水位變動帶內(nèi)的給水度； 降水后觀測孔中的最大水柱高度(m) 降水前觀測孔中的水柱高度(m)； 臨近降水前，地下水水位的天然平均降（升）速（m/d）； 觀測孔水柱高度從變到的時間（d）；地下水動態(tài)分析法：地下水位觀測資料估算 大氣降水補給地下水水量的確定沒考慮蒸發(fā)，不適用有承壓水和有水平排泄的潛水第32頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四水量平衡法 潛水均衡方程式為： 大氣降水補給地下水水量的確定第33頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四降水入滲補給系數(shù)法大氣降水補給地下水水量的確定式中： Q 降雨入滲補給量，m3； 年

14、降水量,mm； 降水入滲系數(shù)； 補給區(qū)面積,km2；第34頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四二、地表水對地下水的補給河流與地下水的補排關(guān)系沿著河流縱斷面而有所變化。 河水補給地下水時，補給量的大小取決于下列主要因素：透水河床長度與浸水周界（相當于一個過水斷面）河床透水性（滲透系數(shù)）河水位與地下水位的高差（影響水力梯度）河床過水時間人為因素的影響 ，如傍河取水，加大了水力梯度第35頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水與地表水之間的補排關(guān)系第36頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水與地表水之間的補排關(guān)系第37頁，共86頁，2022

15、年，5月20日，8點3分，星期四地下水與地表水之間的補排關(guān)系第38頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水與地表水之間的補排關(guān)系第39頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四大氣降水與地表水對地下水的補給 特征對比補給來源 大氣降水 地表水空間分布面狀補給，范圍普遍且較均勻線狀補給，局限于地表水體周邊時間分布持續(xù)時間有限持續(xù)時間長，或是經(jīng)常性的第40頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四水文分析法（適用于無地下水動態(tài)觀測資料的河道） 兩側(cè)站間水面蒸發(fā)量與兩岸浸潤帶蒸發(fā)量之和占 的比率，由試驗確定，一般數(shù)量很小，僅占滲漏 補給量的5%左右； 計算

16、河道或河段的長度兩測站間河段長度地表水補給地下水水量的確定式中：第41頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四實測河流上、下游流量直接推求（常年性河流） 地表水補給地下水水量的確定注意：計算范圍內(nèi)有支流入?yún)R時須考慮支流流量，對于間歇性河流，計算得到的河流滲漏量要大于實際補給地下水量第42頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四q = K h IW= q L T有實測地下水觀測資料時 地表水補給地下水水量的確定 q 單位長度河流向一側(cè)的滲漏量 （m3/d.m）； K 含水層平均滲透系數(shù) （m/d） I 地下水水力坡度式中： W 側(cè)向補給地下水總量 (m3) L 河水與

17、地下水存在水力聯(lián)系的河段長度 T 河道內(nèi)過水時間 h 含水層平均厚度第43頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四三、含水層之間的補給 承壓含水層與潛水含水層之間存在水頭差，就一定發(fā)生越流。（T or F） 當兩個含水層之間存在水頭差，且有聯(lián)系的通道，則水頭較高的含水層便補給水頭較低者。 第44頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四承壓水補給潛水 潛水補給承壓水 含水層之間的補給第45頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四含水層通過導水斷層發(fā)生水力聯(lián)系第46頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四松散沉積物中含水層通過“天窗”及越流發(fā)

18、生水力聯(lián)系第47頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四含水層通過鉆孔發(fā)生水力聯(lián)系第48頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四Q越= KIA=K(HA-HB)A/M根據(jù)達西定律有 越流補給水量的確定 Q越越流量 （m3/d.m）； A 發(fā)生越流的面積 （m/d） I 水力坡度式中： HB 含水層B的水頭 M 弱透水層厚度 HA 含水層A的水頭第49頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四四、人工補給 修建灌溉工程以及對淺層地下水采用地面、河渠、坑塘蓄水滲補，對深層地下水采用井、孔灌注等方式專門進行地下水人工補給等人類活動也會增加地下水的補給。 第50

19、頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的排泄 地下水通過泉（點狀排泄）、向河流泄流（線狀排泄）及蒸發(fā)（面狀排泄）等形式向外界排泄。還有越流、地下水的開采。 含水層失去水量的作用過程稱作排泄。排泄的研究包括排泄去路及方式、影響排泄的因素及排泄量。第51頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四泉一、泉 泉是地下水的天然露頭。第52頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四泉僅僅根據(jù)泉口的水是否冒涌來判斷是上升泉或下降泉，那是不合適的。上升泉：承壓水的天然露頭。地下水在靜水壓力作用下，上升并溢出地表的泉，由承壓水補給。根據(jù)補給泉的含水層的性質(zhì)下降泉：地

20、下水受重力作用自由流出地表的泉。由潛水或上層滯水補給。第53頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四泉的分類溢流泉接觸泉根據(jù)出露原因侵蝕泉斷層泉第54頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四a、b侵蝕（下降）泉；c接觸（下降）泉；d、e、f、g溢流泉；h侵蝕（上升）泉; i斷層泉；j接觸帶泉 泉第55頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四泉第56頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四老忠實泉(Old Faithful Geyser)：100多年來，每65分鐘噴5分鐘左右，高度30多m。老忠實泉第57頁，共86頁，2022年，5月20日

21、，8點3分，星期四Heihu Spring(黑虎泉)出流標高為27.50m黑虎泉第58頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四Baotu Spring“天下第一泉”趵突泉的出流標高為26.80m趵突泉第59頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四Jinci Spring(晉祠泉)晉祠泉第60頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四 地下水有時也集中排泄于河底、湖底或海底，這類水下泉與一般泉的區(qū)別是出露于水下而不在地面。 如：大連金州海中龍眼、龍王廟大泉、大黑石海底大泉等不斷地以泉的方式排泄入海。泉第61頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星

22、期四河水與地下水之間的聯(lián)系狀況潛水與河水無直接水力聯(lián)系 潛水與河水有周期性直接水力聯(lián)系 潛水與河水有直接水力聯(lián)系 承壓水與河水有直接水力聯(lián)系 二、泄流第62頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四泄流多數(shù)情況下，地下水是分散排入地表水體的。當河流切割含水層時，地下水沿河呈線狀排泄。 常年有水的河流，枯水季節(jié)河水流量全由地下水泄流供給，汛期主要由流域內(nèi)降水匯聚形成，同時也可能包含部分泄流水量。第63頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四Baseflow: contribution to streamflow from GW泄流第64頁，共86頁，2022年，5月20

23、日，8點3分，星期四泄流量的影響因素地下水位與河水位的高差河床切入含水層的深度與長度等因素含水層的透水性能第65頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四泄流量的確定可通過分割河流流量過程線求地下水泄流量，即基流分割法推求地下水泄流量。第66頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四標準退水曲線分割法適用條件：潛水與河水無直接水力聯(lián)系泄流量的確定第67頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四直線平割法 適用條件：洪水前期水量很枯，基流由承壓水補給平割法泄流量的確定第68頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四斜割法適用條件：潛水與河水無直接水

24、力聯(lián)系泄流量的確定第69頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的蒸發(fā)排泄土面蒸發(fā)葉面蒸發(fā)地下水沿毛細孔隙上升，在潛水面之上形成一個毛細水帶。當潛水埋深不大時，毛細水帶上緣離地面較近，大氣相對溫度較低時，毛細彎液面上的水不斷由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，逸入大氣。潛水則源源不斷地通過毛細作用上升補給，使蒸發(fā)不斷進行。蒸發(fā)排泄第70頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四第71頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四影響土面蒸發(fā)的主要因素潛水埋深愈淺，土面蒸發(fā)愈強烈。氣候愈干燥，相對濕度愈小，土面蒸發(fā)便愈強烈。氣 候潛水埋深包氣帶巖性包氣帶巖性主要通過其對毛細上

25、升高度與速度的控制影響潛水蒸發(fā)。粉質(zhì)亞砂土、粉砂等組成的包氣帶，潛水蒸發(fā)最強烈。第72頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四潛水蒸發(fā)量與水位埋深關(guān)系曲線第73頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四阿維揚諾夫公式沈立昌雙曲線型公式 葉水庭指數(shù)型公式地中蒸滲儀法潛水蒸發(fā)量的計算經(jīng)驗公式法第74頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四第三節(jié) 地下水的徑流地下水由補給處流向排泄處的作用過程稱作徑流。研究地下水徑流包括徑流方向、徑流強度、徑流條件及徑流量等。補 給排 泄連接補給與排泄的中間環(huán)節(jié)，將地下水的水量與鹽量由補給處傳輸?shù)脚判固帲瑥亩绊懞畬踊蚝到y(tǒng)水量與水質(zhì)的時空分布。徑 流第75頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四總體上講，地下水的徑流受地形控制，由高處流向低處。 地下水的徑流第76頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四洪積扇的地下徑流示意圖 沿斷層流動地下水的徑流第77頁，共86頁，2022年，5月20日，8點3分，星期四地下水的徑流含水層的徑流強度，也就是地下水的流動速度。其大小與含水層的透水性，補給區(qū)與排泄區(qū)之間的水位差成正比；與補給區(qū)到排泄區(qū)之間的距離成反比。徑流強度第78頁，共86頁，202