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1、Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础第七章第七章 地下水的补给与排泄地下水的补给与排泄Recharge，Discharge of G.W.西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学水利与建筑工程学院Company L本章内容本章内容地下水是通地下水是通过补给与排泄两个与排泄两个环节参与自然界的水循参与自然界的水循环 补给补给：含水含水层或含水系或含水系统从外界从外界获得水量的得水量的过程程 排泄排泄排泄排泄：含水含水层或含水系或含水系统向外界排出水量的向外界排出水量的过程程 7.1 地下水的地下水的补给7.2 地下水的排泄地下水的排泄 C
2、ompany L7.1 7.1 地下水的补给地下水的补给地下水的补给地下水的补给 补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化 v思考思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？变化？地下水位上升，地下水位上升，增加了增加了势能能，使地下水保持不停的流，使地下水保持不停的流动 由于构造封由于构造封闭或气候干旱，得不到或气候干旱，得不到补给，地下水的流，地下水的流动将将停滞停滞 补给的研究包括：补给的研究包括：补给来源、影响因素补给来源、影响因素与与补给量补给量 地下水的补给来源有：地下水的补给来源
3、有：天然：天然：大气降水、地表水、凝大气降水、地表水、凝结水水及及相相邻含水含水层的的补给等等 人人类活活动有关的：有关的：灌灌溉水入渗、水水入渗、水库渗漏渗漏及及人工回灌人工回灌Company L7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制讨论：入渗机制？影响因素影响因素？补给量的确定补给量的确定？1 1、大气降水入渗机制大气降水入渗机制 包包气气带是是降降水水对地地下下水水补给的的枢枢纽，包包气气带的的岩岩性性结构和含水量状况构和含水量状况对降水人渗降水人渗补给起着决定性作用起着决定性作用 目前目前认为，松散沉，松散沉积物的降水入渗有物的降水入渗有两种
4、方式两种方式：降水入渗的降水入渗的现象象 两两类空隙的入渗空隙的入渗过程程总结：均匀砂土均匀砂土层活塞式活塞式 (piston/diffuse)含裂隙的土含裂隙的土层捷径式捷径式 (bypass)Company L山西黄土及其入渗山西黄土及其入渗Company L1 1、大气降水入渗机制、大气降水入渗机制 v“活塞式活塞式”入渗入渗 适用条件：适用条件：均匀的砂土层均匀的砂土层 降水降水初期初期 t1：土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水降水延延续 t2 ：土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，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
5、下渗趋于稳定渗润阶段，渗漏与渗透阶段渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水降水再持再持续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，含水量获得补给，潜水位上升含水量获得补给，潜水位上升 7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给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 L降水入渗过程降水入渗过程湿湿锋面面t1 t2 地面地面 潜水面潜水面 Company L入渗速率随时间的变化入渗速率随时间的变化KCompany L下渗过程水分分布下渗过程水分分布渗渗润阶段段渗漏、渗透渗漏、渗透阶段段Company L下渗过程中水分分布带下渗过程中水分分布带下渗
6、水流运移模式下渗水流运移模式的条件的条件？饱和和带-厚度厚度1.5cm 1.5cm 含水量接近含水量接近-水分水分传输带 过渡渡带 含水量在含水量在-厚度厚度 湿湿润带 含水量含水量变化大化大 湿湿润锋（面）（面）含水量含水量%深深度度cm 风干土干土田田间持持水水量量饱和和含含水水量量饱和和带过渡渡带水分水分传输带湿湿润带湿湿润锋Company L7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给1 1、大气降水入渗机制大气降水入渗机制 v“活塞式活塞式”入渗入渗 均匀砂土均匀砂土层 v“捷径式捷径式”下渗下渗 空隙大小极空隙大小极悬殊殊 捷径式下渗，新水捷径式下渗，新水可
7、以超过老水，优先可以超过老水，优先达含水层；达含水层；捷径式下渗，不必捷径式下渗，不必包气带达到饱和即可包气带达到饱和即可补给下方含水层。补给下方含水层。t1t2捷径式下渗捷径式下渗图Company L2 2 2 2、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素 P=P=R Rs s+E+S+q+E+S+qG G 气候因素气候因素（P P，E E）；）；降水降水总量量,降水降水强度度,降水降水频率；率；降水延降水延续时间 总量量大大，强度度适适中中，间隔隔短短，时间长的的绵绵细雨最有利。雨最有利。温温度度适适中中，温温差差较小小，相相对湿湿度度大大，蒸蒸发强度
8、小。度小。地形地形:高或低，陡或缓高或低，陡或缓 地质地质:渗透性愈大则愈有利渗透性愈大则愈有利 地下水位埋深：地下水位埋深：其他：其他：Rs E P S qs 7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给Company L7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给3 3、补给量的确定方法、补给量的确定方法 平原区一般采用入渗系数法（平原区一般采用入渗系数法（）降水入渗系数降水入渗系数多用年平均值表示多用年平均值表示 由由经验与与实验等方法得出等方法得出 全年降水入渗全年降水入渗补给量：量：Q =P Q =P F F 1000 1000 m m
9、3 3/a/a，mmmm，无量，无量纲，kmkm2 2 降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定 书中介绍了水位动态法和山区降水入渗确定方法书中介绍了水位动态法和山区降水入渗确定方法Company L双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环注水法双环注水法-剖面图剖面图连续降水连续降水Company Lv 地中渗透仪结构图地中渗透仪结构图Company L7.1.2 7.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给v地表水对地下水的补给（要求以自学为主）地表水对地下水的补给（要求以自学为主）v地表水体地表水体（河、
10、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源 v河流补给河流补给:因地而异（空间上），不同部位，岩性等；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，不同补排关系因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系 比比较长年性河流年性河流与与季季节性河流性河流对地下水的地下水的补给的异同点？的异同点？河流河流补给的主要影响因素有哪些？的主要影响因素有哪些？如何确定河水如何确定河水对地下水的地下水的补给量？量？v地表水补给地下水的地表水补给地下水的必要条件必要条件有哪些：有哪些：有水力有水力联系系 地表水水位高于地下水水位地表水水位高于地下水水
11、位季节性河流河流不同部位Company L季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水Company L河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系Company L7.1.3 7.1.3 含水层之间的补给含水层之间的补给含水层之间的补给含水层之间的补给v越越流流地地下下水水量的内部转化量的内部转化 v v潜潜水水承承压压水水之之间的补给间的补给 v v思考题：思考题：图图7-117-11（右右图图）中中泉泉水水的的大大小小与与哪些因素有关！哪些因素有关！越流Company L越流越流（LeakageLeakage）：具有一定水头差的相邻含水层，通）：具有一定水
12、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？越流量如何计算？Company Lv 含水含水层通通过钻孔孔发生水力生水力联系系含水含水层通通过导水断水断层 发生水力生水力联系系含水层之间的水力联系含水层之间的水力联系Company L7.2 7.2 地下水的排泄地下水的排泄地下水的排泄地下水的排泄 v地下水排泄的研究地下水排泄的研究包括：包括：排泄方式、影响因素、排泄量的确定排泄方式、影响因素、排泄量的确定 v排泄方式排泄方式：泉泉（点状点状排
13、泄）排泄）向地表水体向地表水体泄流泄流（河流（河流线状状）、向）、向相相邻含水含水层的的排泄排泄 蒸蒸发（面状面状排泄）排泄）v前三种排泄方式称为前三种排泄方式称为径流排泄径流排泄，与，与蒸发排泄蒸发排泄的的区别区别：径流排泄径流排泄水分（水分（盐分）呈液分）呈液态排出排出,盐随水去随水去 蒸蒸发排泄排泄水分呈气水分呈气态排出，排出，盐分分积累下来，累下来，水去水去盐留留 Company L7.2.1 泉泉 springv泉是地下水的天然露头，多为泉是地下水的天然露头，多为“点点”状，属状，属径流排泄径流排泄 v泉泉的的出出露露是是地地形形、地地质质与与水水文文地地质质条条件件有有机机结结合合
14、的的结结果果，据据补给泉的含水层类型可将泉划分为补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉上升泉、下降泉。1.1.下降泉下降泉(出露潜水含水层中的泉）出露潜水含水层中的泉）根据出露条件又将下降泉分根据出露条件又将下降泉分为：侵侵蚀泉：地形切割到潜水面泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉下降泉Company L下降泉下降泉 侵蚀泉：地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底地形切割至隔水底板板 溢流泉：水流在前方受阻，水流在前方受阻，水位抬升，而溢流水
15、位抬升，而溢流成泉成泉Company L上升泉上升泉 v 2.上升泉（出露于承压含水层中的泉）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：上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉侵蚀泉，断层泉，接触带泉Company L7.2.1 泉泉 spring 3.3.研究泉的意义？研究泉的意义？直接直接得到水文地质资料；得到水文地质资料；间接间接分析出水文地质信息。分析出水文地质信息。通通过过泉泉的的出出露露标标高高、流流量量、动动态态、温温度度、水水化化学学，可可以以综综合合分分析析与泉水成因有关地质、与泉水成因有关地质、水文地质条件水文地质条件 地下水位标高，地下水位标高，岩层
16、的含水性（透水性），岩层的含水性（透水性），含水岩层的补给，循环（交替），含水岩层的补给，循环（交替），地质构造、断层等，地质构造、断层等，供水水源（直接利用）。供水水源（直接利用）。a.a.泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层 b.b.泉出露处断层的导水性泉出露处断层的导水性 c.c.泉的流量大小：导水性的好坏泉的流量大小：导水性的好坏 d.d.泉的温度：地下水循环深度泉的温度：地下水循环深度 e.e.泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏Company L山东济南百脉泉山东济南百脉泉在在实际中泉的成因与定名是
17、比中泉的成因与定名是比较难判定的判定的 P76-77为济南全群成因条件分析南全群成因条件分析-请自学自学Company Lv河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流 v地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定 7.2.2 7.2.2 泄流泄流泄流泄流 Company L7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾 蒸发与蒸散腾蒸发与蒸散腾 e evaporation&evapotranspiration 土面蒸发土面蒸发：潜水通潜水通过包气包气带耗失水分耗失水分 叶面蒸腾叶面蒸腾：通通过
18、植植物物根根系系吸吸收收潜潜水水或或包包气气带水水转化化为叶叶面面水水而蒸而蒸发消耗消耗 （一株大的植物，犹如一台生物抽水机）（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）Company L7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾1、土面蒸发过程土面蒸发过程 v包包气气带带水水分分直直接接耗耗失失降降低低包包气气带带水水分分含含量量，加加大大亏亏损损量量，潜潜水水通通过过支支持持毛毛细细水水带带将将水水传传输输到到包包气气带带蒸蒸发发，使使地下水位下降地下水位下降 v毛毛细细上上升升速速度度:蒸蒸发发速速度度大大于于毛毛细细上上升升速速度度则则支支持持毛毛细细水水带带下下降降，V VC C上上升升，
19、至至蒸蒸发发速速度度V VE EVVC C时时，维维持持稳稳定定的的蒸蒸发发排排泄泄，排排泄泄的的结结果果，水水分分不不断断消消耗耗，地地下下水水位位下下降降，盐分不断积累在土层上部！盐分不断积累在土层上部！vVC=?Company LL 有有蒸蒸发 无无蒸蒸发 土面蒸发过程土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程毛细水上升消耗过程 Company L7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素蒸发和蒸腾的影响因素a.a.气候因素气候因素：干干燥燥，气气温温高高，蒸蒸发量量愈大愈大 b.b.地下水位埋深地下水位埋深：超超过蒸蒸发极限深度极限深度 则蒸蒸发0 0 如如：华北北地地区区，水水位位埋埋深深5
20、m5m，基本不考，基本不考虑蒸蒸发 干干旱旱地地区区，极极限限水水位位埋埋深深大；湿大；湿润地区极限埋深小地区极限埋深小 c.c.包气带岩性包气带岩性：Company L7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素蒸发和蒸腾的影响因素c.c.包气包气带岩性岩性：蒸蒸发与毛与毛细上升速度上升速度 Vc=KVc=KI I 有关有关 问：容易容易产生生盐碱化的是哪碱化的是哪类土？土？岩性岩性砂砾石砂砾石粉砂粉砂亚砂亚砂粘土粘土K大中小极小hc小/极小中大很大Vc小大中小Company L7.2.4 7.2.4 蒸发量的测定方法蒸发量的测定方法地中渗透仪地中渗透仪 潜水位动态潜水位动态 经验公式经验公式 v v 第七章结束第七章结束地地 中中 渗渗 透透 仪 结 构构 图测蒸蒸发量量