第八章 地下水的補給與排泄課件1

本章內(nèi)容地下水是通過補給與排泄兩個環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán)補給：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程排泄：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程第八章地下水的補給與排泄第八章-地下水的補給與排泄_第一節(jié)地下水的補給第八章-地下水的補給與排泄_補給使含水層的水量、水化學特征和水溫發(fā)生變化思考：補給獲得水量后，含水層或含水系統(tǒng)會發(fā)生什么變化？

補給的研究包括：補給來源、影響因素與補給量地下水的補給來源有：天然：大氣降水、地表水、凝結水及相鄰含水層的補給等人類活動有關的：灌溉水入滲、水庫滲漏及人工回灌第八章-地下水的補給與排泄_討論：入滲機制？影響因素？？補給量的確定？？？

1、大氣降水入滲機制

包氣帶是降水對地下水補給的樞紐，包氣帶的巖性結構和含水量狀況對降水入滲補給起著決定性作用目前認為，松散沉積物的降水入滲有兩種方式：

均勻砂土層——活塞式含裂隙的土層——捷徑式一、大氣降水補給第八章-地下水的補給與排泄_山西黃土垂直裂隙及其捷徑下滲第八章-地下水的補給與排泄_1、大氣降水入滲補給機制“活塞式”入滲——適用條件：均勻的砂土層降水初期t1：土層干燥，吸水能力很強，雨水下滲快降水延續(xù)

t2：土層達到一定的含水量，毛細力與重力共同作用，下滲趨于穩(wěn)定——滲潤階段，滲漏與滲透階段降水再持續(xù)：當土層濕鋒面推進到支持毛細水帶時，含水量獲得補給，潛水位上升一、大氣降水補給第八章-地下水的補給與排泄_濕鋒面

t1

t2

地面

潛水面

降水入滲過程第八章-地下水的補給與排泄_Ks入滲速率隨時間的變化Vt——入滲率Z——濕潤前鋒推進距地面深度的距離hc——毛細壓力水頭第八章-地下水的補給與排泄_滲潤階段滲漏、滲透階段下滲過程水分分布第八章-地下水的補給與排泄_含水量%深度cm風干土田間持水量飽和含水量飽和帶過渡帶水分傳輸帶濕潤帶濕潤鋒下滲過程中水分分布帶第八章-地下水的補給與排泄_一、大氣降水補給1、大氣降水入滲補給機制

“活塞式”入滲

——均勻砂土層“捷徑式”下滲——空隙大小極懸殊①捷徑式下滲，新水可以超過老水，優(yōu)先達含水層；②捷徑式下滲，不必包氣帶達到飽和即可補給下方含水層。t1t2捷徑式下滲圖第八章-地下水的補給與排泄_一、大氣降水補給2、四種不同時間尺度的補給1）短期補給:干、濕季節(jié)分明地區(qū)一次大雨后；2）季節(jié)性補給：有規(guī)律的季節(jié)性；3）永久性補給：濕潤的熱帶地區(qū)，總有向下的水入滲補給；4）歷史性或古補給：古代埋藏水。第八章-地下水的補給與排泄_3、補給量的確定方法平原區(qū)一般采用入滲系數(shù)法（

）全年降水入滲補給量：Q=X·

·F·1000

m3/a，mm，無量綱，km2

降水入滲系數(shù)多用年平均值表示降水入滲系數(shù)可用入滲試驗儀、地中滲透儀來測定由經(jīng)驗與實驗等方法得出一、大氣降水補給

：降水入滲系數(shù);qx：年降水入滲量(mm);X：年降水量(mm).第八章-地下水的補給與排泄_4、降水補給的影響因素X=Rs+E+ΔS+qX

氣候因素（X，E）：降水總量,降水強度,降水頻率；降水延續(xù)時間總量大，強度適中，間隔短，時間長的綿綿細雨最有利。溫度適中，溫差較小，相對濕度大，蒸發(fā)強度小。地形:高或低，陡或緩地質:包氣帶巖性地下水位埋深：其他：植被、城市化一、大氣降水補給大氣圈地面包氣帶（水分滯留）含水層（獲得補給）地表徑流蒸發(fā)降水入滲Rs

E

X

S

qX

第八章-地下水的補給與排泄_巖性及水位埋深對降雨入滲補給的影響0

2

4

6

8

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

降雨入滲系數(shù)

水位埋深

m

粉細砂

亞粘土

夾層土

第八章-地下水的補給與排泄_雙環(huán)注水法--剖面圖——連續(xù)降水雙環(huán)入滲試驗裝置第八章-地下水的補給與排泄_河南鄭州均衡試驗場地中滲透儀

試驗土柱

地下觀測室適用于溫帶地區(qū)地下水埋深不大、易擾動土壤結構第八章-地下水的補給與排泄_地中滲透儀結構圖第八章-地下水的補給與排泄_地表水對地下水的補給

地表水體（河、湖、水庫等）都可以成為地下水的補給來源河流補給:因地而異（空間上），不同部位，巖性等；

因時而異（時間上），不同季節(jié)，不同補排關系。

二、地表水對地下水的補給季節(jié)性河流第八章-地下水的補給與排泄_河流不同部位地表水與地下水之間的補給關系二、地表水對地下水的補給第八章-地下水的補給與排泄_季節(jié)性河流補給地下水二、地表水對地下水的補給第八章-地下水的補給與排泄_二、地表水對地下水的補給比較常年性河流與季節(jié)性河流對地下水的補給的異同點？河流補給的主要影響因素有哪些？如何確定河水對地下水的補給量？地表水補給地下水的必要條件有哪些？第八章-地下水的補給與排泄_三、凝結水的補給溫度降低時，飽和濕度降低，溫度降到一定程度，絕對濕度與飽和濕度相等，繼續(xù)下降，超過飽和濕度的那部分水汽凝結成水，由氣態(tài)水轉化成液態(tài)水的過程稱為凝結作用。第八章-地下水的補給與排泄_潛水—承壓水之間的補給越流地下水量的內(nèi)部轉化思考題：（右圖）中泉水的大小與哪些因素有關？四、含水層之間的補給第八章-地下水的補給與排泄_越流：具有一定水頭差的相鄰含水層，通過其間的弱透水巖層發(fā)生水量交換的過程。經(jīng)常發(fā)生于松散沉積物中，粘性土層構成弱透水層。思考：越流量如何計算？天窗、越流——地下水量的內(nèi)部轉化第八章-地下水的補給與排泄_含水層通過鉆孔發(fā)生水力聯(lián)系含水層通過導水斷層發(fā)生水力聯(lián)系四、含水層之間的補給第八章-地下水的補給與排泄_五、地下水的人工補給1—透水層；2—弱透水層；3—地下水位；4—地表水位及井中水位；5—水流方向；6—井人工補給地下水的方式第八章-地下水的補給與排泄_第二節(jié)地下水的排泄趵突泉長白山溫泉第八章-地下水的補給與排泄_地下水排泄的研究包括：排泄方式、影響因素、排泄量的確定排泄方式：泉（點狀排泄）向地表水體泄流（河流—線狀）、向相鄰含水層的排泄蒸發(fā)（面狀排泄）前三種排泄方式稱為徑流排泄，與蒸發(fā)排泄的區(qū)別：徑流排泄—水分（鹽分）呈液態(tài)排出,鹽隨水去蒸發(fā)排泄—水分呈氣態(tài)排出，鹽分積累下來，水去鹽留第八章-地下水的補給與排泄_泉是地下水的天然露頭，多為“點”狀，屬徑流排泄。泉的出露是地形、地質與水文地質條件有機結合的結果，根據(jù)補給泉的含水層類型可將泉劃分為下降泉——上層滯水和潛水補給，流量和水質季節(jié)性變化上升泉——承壓水補給，流量穩(wěn)定，水質較好1.下降泉(出露于潛水含水層中的泉）—根據(jù)出露條件又將下降泉分為：侵蝕泉：地形切割到潛水面接觸泉：地形切割至隔水底板溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉一、泉下降泉第八章-地下水的補給與排泄_一、泉侵蝕泉：地形切割到潛水面接觸泉：地形切割至隔水底板溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉下降泉第八章-地下水的補給與排泄_一、泉2.上升泉（出露于承壓含水層中的泉）

上升泉根據(jù)出露條件分為：侵蝕泉，斷層泉，接觸帶泉第八章-地下水的補給與排泄_7.2.1泉spring（續(xù)2）

3.研究泉的意義？

直接得到水文地質資料；間接分析出水文地質信息。通過泉的出露標高、流量、動態(tài)、溫度、水化學，可以綜合分析與泉水成因有關地質、水文地質條件

①地下水位標高，②巖層的含水性（透水性），③含水巖層的補給，循環(huán)（交替），④地質構造、斷層等，⑤供水水源（直接利用）。a.泉出露兩側巖層的含水性：含水層；隔水層b.泉出露處斷層的導水性c.泉的流量大小：導水性的好壞d.泉的溫度：地下水循環(huán)深度e.泉流量大小或水化學：補給與徑流條件的好壞第八章-地下水的補給與排泄_4、泉的動態(tài)1）概念：指泉的各要素（流量、水位、溫度、化學成分）隨時間變化。2）泉的動態(tài)類型劃分：根據(jù)不穩(wěn)定系數(shù)

R=Qmin(一年內(nèi))/Qmax（一年內(nèi)）

第八章-地下水的補給與排泄_4、泉的動態(tài)特征：

下降泉呈季節(jié)性變化，豐水季節(jié)流量大，枯水季節(jié)流量小，甚至干枯，動態(tài)類型屬型；上升泉受氣象因素影響大小，流量穩(wěn)定，屬型；巖溶泉有上升泉與下降泉之分，其特點是極不穩(wěn)定，屬型。第八章-地下水的補給與排泄_

（1）比較W1和W2鉆孔水位高低，比較W3和W4鉆孔水位高低（可畫圖表示）；（2）指出泉A和B屬于上升泉還是下降泉；（3）圖2中的兩個泉流量曲線分別屬于泉A和B，請指出哪一個（實線或虛線）屬于泉A，哪一個（實線或虛線）屬于泉B；（4）如果在W4中投入某放射性物質，在W1和W2中哪個孔最先觀察到?第八章-地下水的補給與排泄_7.2.1泉spring（續(xù)2）一、泉山東濟南百脈泉在實際中泉的成因與定名是比較難判定的溫泉第八章-地下水的補給與排泄_河流切割含水層時，地下水向河流的排泄，稱為泄流

地下水的泄流量可通過分割河流流量過程線的方法確定

二、泄流第八章-地下水的補給與排泄_二、泄流瑪納斯河1955年日平均流量過程線補給類型分割圖1—深層地下水補給；2—融雪水補給；3—淺層地下水補給；4—降雨補給；5—高山冰雪融水補給第八章-地下水的補給與排泄_三、蒸發(fā)排泄土面蒸發(fā)：潛水通過包氣帶耗失水分葉面蒸騰：通過植物根系吸收潛水或包氣帶水轉化為葉面水而蒸發(fā)消耗（一株大的植物，猶如一臺生物抽水機）第八章-地下水的補給與排泄_三、蒸發(fā)排泄1、土面蒸發(fā)過程包氣帶水分直接耗失——降低包氣帶水分含量，加大虧損量，潛水通過支持毛細水帶將水傳輸?shù)桨鼩鈳д舭l(fā)，使地下水位下降

蒸發(fā)速度大于毛細上升速度則支持毛細水帶下降，VC上升，至蒸發(fā)速度VE≈VC時，維持穩(wěn)定的蒸發(fā)排泄，排泄的結果，水分不斷消耗，地下水位下降，鹽分不斷積累在土層上部！

毛細上升速度:VC=KΔH/L第八章-地下水的補給與排泄_土壤蒸發(fā)過程示意圖第八章-地下水的補給與排泄_L

無蒸發(fā)

有蒸發(fā)

土面蒸發(fā)過程-毛細水上升消耗過程ΔH

第八章-地下水的補給與排泄_三、蒸發(fā)排泄——影響因素a.氣候因素：干燥，氣溫高，蒸發(fā)量愈大b.地下水位埋深：超過蒸發(fā)極限深度則蒸發(fā)→0如：華北地區(qū)，水位埋深>5m，不考慮蒸發(fā)干旱地區(qū)，極限水位埋深大；濕潤地區(qū)極限埋深小潛水蒸發(fā)量與水位埋深關系曲線〔河北石家莊，據(jù)河北省地質局水文地質觀測總站〕第八章-地下水的補給與排泄_三、蒸發(fā)排泄——影響因素c.包氣帶巖性：蒸發(fā)與毛細上升速度Vc=KI

有關巖性砂礫石粉砂亞砂粘土K大中小極小hc小/極小中大很大Vc小大中小問：容易產(chǎn)生鹽堿化的是哪類土？第八章-地下水