地下水的补给与排泄.pdf

LOGO 中国地质大学中国地质大学（（武汉武汉））水文地质学基础教学组水文地质学基础教学组 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. Company Logo 本章内容本章内容 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 补给补给补给补给含水层或含水系统从外界获得水量的含水层或含水系统从外界获得水量的过程过程 排泄排泄排泄排泄含水层或含水系统向外界排出水量的含水层或含水系统向外界排出水量的过程过程 7.1 地下水的补给地下水的补给 7.2 地下水的排泄地下水的排泄 Company Logo 7.1 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补给使含水层的水量、、水化学特征和水温发生变化水化学特征和水温发生变化 v 思考思考补给获得水量后补给获得水量后，，含水层或含水系统会发生什么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，，增加了势能增加了势能，，使地下水保持不停的流动使地下水保持不停的流动 由于构造封闭或气候干旱由于构造封闭或气候干旱，，得不到补给得不到补给，，地下水的流动将地下水的流动将 停滞停滞 补给的研究包括补给的研究包括补给来源补给来源、、影响因素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有 天然天然大气降水大气降水、、地表水地表水、、凝结水凝结水及及相邻含水层相邻含水层的补给等的补给等 人类活动有关的人类活动有关的灌溉水入渗灌溉水入渗、、水库渗漏水库渗漏及及人工回灌人工回灌 Company Logo 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 讨论讨论入渗机制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 包气带是降水对地下水补给的枢纽包气带是降水对地下水补给的枢纽，，包气带的岩性结包气带的岩性结 构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用 目前认为目前认为，，松散沉积物的降水入渗有松散沉积物的降水入渗有两种方式两种方式 降水入渗的现象降水入渗的现象 两类空隙的入渗过程两类空隙的入渗过程总结总结 均匀砂土层均匀砂土层活塞式活塞式 piston/diffuse 含裂隙的土层含裂隙的土层捷径式捷径式 bypass 山西黄土山西黄土 Company Logo 山西黄土及其入渗山西黄土及其入渗 Company Logo 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 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 土层干燥土层干燥，，吸水能力很强吸水能力很强，，雨水下渗快雨水下渗快 降水降水延续延续 t2 土层达到一定的含水量土层达到一定的含水量，，毛细力与重力共同作用毛细力与重力共同作用，， 下渗趋于稳定下渗趋于稳定渗润阶段渗润阶段，，渗漏与渗透阶段渗漏与渗透阶段 降水降水再持续再持续 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，， 含水量获得补给含水量获得补给，，潜水位上升潜水位上升 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 Logo 降水入渗过程降水入渗过程 湿湿 锋锋 面面 t1 t2 地面地面 潜水面潜水面 Company Logo 入渗速率随时间的变化入渗速率随时间的变化 K Company Logo 下渗过程水分分布下渗过程水分分布 渗润阶段渗润阶段渗漏渗漏、、渗透阶段渗透阶段 Company Logo 下渗过程中水分分布带下渗过程中水分分布带 下渗水流运移模式下渗水流运移模式 的条件的条件 饱和带饱和带---- 厚度厚度1.5cm1.5cm 含水量接近含水量接近---- 水分传输带水分传输带 过渡带过渡带 含水量在含水量在---- 厚度厚度 湿润带湿润带 含水量变化大含水量变化大 湿润锋湿润锋（（面面）） 含水量含水量 深深 度度 cm 风干土风干土 田田 间间 持持 水水 量量 饱饱 和和 含含 水水 量量 饱和带饱和带 过渡带过渡带 水分传输带水分传输带 湿润带湿润带 湿润锋湿润锋 Company Logo 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 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 均匀砂土层均匀砂土层 v“捷径式捷径式”下渗下渗 空隙大小极悬殊空隙大小极悬殊 ①① 捷径式下渗捷径式下渗，，新水新水 可以超过老水可以超过老水，，优先优先 达含水层达含水层；； ②② 捷径式下渗捷径式下渗，，不必不必 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。。 t1 t2 捷径式下渗图捷径式下渗图 Company Logo 2 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 E ΔΔS S q qG G 气候因素气候因素（（P P，，E E）；）； 降水总量降水总量, ,降水强度降水强度, ,降水频率降水频率；； 降水延续时间降水延续时间 总量大总量大，，强度适中强度适中，，间隔短间隔短，，时间时间 长的绵绵细雨最有利长的绵绵细雨最有利。。 温度适中温度适中，，温差较小温差较小，，相对湿度相对湿度 大大，，蒸发强度小蒸发强度小。。 地形地形 高或低高或低，，陡或缓陡或缓 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 Logo 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 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（（αα）） 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 由经验与实验等方法得出由经验与实验等方法得出 全年降水入渗补给量全年降水入渗补给量Q P Q P ααF F 10001000 m m3 3/a/a，，mmmm，，无量纲无量纲，，kmkm2 2 降水入渗系数可用入渗试验仪降水入渗系数可用入渗试验仪、、地中渗透仪来测定地中渗透仪来测定 书中书中P69P69- -70,70,介绍了水位动态法和山区降水入渗确定方法介绍了水位动态法和山区降水入渗确定方法 P qG a Company Logo 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 Logo 地中渗透仪结构图地中渗透仪结构图 Company Logo 7.1.2 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地表水对地下水的补给（（要求以自学为主要求以自学为主）） v 地表水体地表水体（（河河、、湖湖、、水库等水库等））都可以成为地下水的补给来源都可以成为地下水的补给来源 v 河流补给河流补给 因地而异因地而异（（空间上空间上），），不同部位不同部位，，岩性等岩性等；； 因时而异因时而异（（时间上时间上），），不同季节不同季节，，不同补排关系不同补排关系 比较比较长年性河流长年性河流与与季节性河流季节性河流对地下水的补给的异同点对地下水的补给的异同点 河流补给的主要影响因素有哪些河流补给的主要影响因素有哪些 如何确定河水对地下水的补给量如何确定河水对地下水的补给量 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 有水力联系有水力联系 地表水水位高于地下水水位地表水水位高于地下水水位 季节性河流 河流不同部位 Company Logo 季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水 Company Logo 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 Logo 7.1.3 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 越流越流地下水地下水 量的内部转化量的内部转化 v 潜水潜水承压水之承压水之 间的补给间的补给 v 思考题思考题 图图7 7- -1111（（右图右图）） 中泉水的大小与中泉水的大小与 哪些因素有关哪些因素有关 越流 Company Logo 越流越流（（LeakageLeakage））具有一定水头差的相邻含水层具有一定水头差的相邻含水层，，通通 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经常发生于松散沉积物中，，粘性土层构成弱透水层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 Logo 含水层通过含水层通过钻孔钻孔发发 生水力联系生水力联系 含水层通过含水层通过导水断层导水断层 发生水力联系发生水力联系 含水层之间的水力联系含水层之间的水力联系 Company Logo 7.2 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 排泄方式排泄方式、、影响因素影响因素、、排泄量的确定排泄量的确定 v 排泄方式排泄方式 泉泉（（点状点状排泄排泄）） 向地表水体向地表水体泄流泄流（（河流河流线状线状）、）、向向相邻含水层相邻含水层的的排泄排泄 蒸发蒸发（（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（（盐分盐分））呈液态排出呈液态排出, ,盐随水去盐随水去 蒸发排泄蒸发排泄水分呈气态排出水分呈气态排出，，盐分积累下来盐分积累下来，，水去盐留水去盐留 Company Logo 7.2 .1 泉泉spring v 泉是地下水的天然露头泉是地下水的天然露头，，多为多为“点点”状状，，属属径流排泄径流排泄 v 泉的出露是地形泉的出露是地形、、地质与水文地质条件有机结合的结果地质与水文地质条件有机结合的结果，， 据补给泉的含水层类型可将泉划分为据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉上升泉、、下降泉下降泉。。 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为根据出露条件又将下降泉分为 侵蚀泉侵蚀泉地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉接触泉地形切割至隔水底板地形切割至隔水底板 溢流泉溢流泉水流在前方受阻水流在前方受阻，，水位抬升水位抬升，，而溢流成泉而溢流成泉 下降泉 Company Logo 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，， 水位抬升水位抬升，，而溢流而溢流 成泉成泉 Company Logo 上升泉上升泉 2. 上升泉上升泉（（出露于承压含水层中的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侵蚀泉，，断层泉断层泉，，接触带泉接触带泉 Company Logo 7.2.1 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。。 通过泉的出露标高通过泉的出露标高、、流量流量、、动态动态、、温度温度、、水化学水化学，，可以综合分析可以综合分析 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 ①①地下水位标高地下水位标高，，②②岩层的含水性岩层的含水性（（透水性透水性），）， ③③含水岩层的补给含水岩层的补给，，循环循环（（交替交替），），④④地质构造地质构造、、断层等断层等，， ⑤⑤供水水源供水水源（（直接利用直接利用）。）。 a. a. 泉出露两侧岩层的含水性泉出露两侧岩层的含水性含水层含水层；；隔水层隔水层 b. b. 泉出露处断层的导水性泉出露处断层的导水性 c. c. 泉的流量大小泉的流量大小导水性的好坏导水性的好坏 d. d. 泉的温度泉的温度地下水循环深度地下水循环深度 e. e. 泉流量大小或水化学泉流量大小或水化学补给与径流条件的好坏补给与径流条件的好坏 Company Logo 山东济南百脉泉山东济南百脉泉 在实际中泉的成因与定名是比较难判定的在实际中泉的成因与定名是比较难判定的 P76-77为济南全群成因条件分析为济南全群成因条件分析-请自学请自学 Company Logo v河流切割含水层时河流切割含水层时，，地下水向河流的排泄地下水向河流的排泄，，称为泄流称为泄流 v地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确 定定 7.2.2 7.2.2 泄流泄流泄流泄流 Company Logo 7.2.3 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 潜水通过包气带耗失水分潜水通过包气带耗失水分 叶面蒸腾叶面蒸腾 通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水 而蒸发消耗而蒸发消耗 （（一株大的植物一株大的植物，，犹如一台生物抽水机犹如一台生物抽水机）） Company Logo 7.2.3 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 包气带水分直接耗失包气带水分直接耗失降低包气带水分含量降低包气带水分含量，，加大亏损加大亏损 量量，，潜水通过支持毛细水带将水传输到包气带蒸发潜水通过支持毛细水带将水传输到包气带蒸发，，使使 地下水位下降地下水位下降 v 毛细上升速度毛细上升速度 蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细 水带下降水带下降，，V VC C上升上升，，至蒸发速度至蒸发速度V VE E≈≈V VC C时时，，维持稳定的蒸维持稳定的蒸 发排泄发排泄，，排泄的结果排泄的结果，，水分不断消耗水分不断消耗，，地下水位下降地下水位下降，， 盐分不断积累在土层上部盐分不断积累在土层上部 v VC Company Logo L 有有 蒸蒸 发发 无无 蒸蒸 发发 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 Logo 7.2.3 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 干燥干燥，，气温高气温高，，蒸发量蒸发量 愈大愈大 b.b.地下水位埋深地下水位埋深 超过蒸发极限深度超过蒸发极限深度 则蒸发则蒸发→→0 0 如如华北地区华北地区，，水位埋深水位埋深 5m5m，，基本不考虑蒸发基本不考虑蒸发 干旱地区干旱地区，，极限水位埋深极限水位埋深 大大；；湿润地区极限埋深小湿润地区极限埋深小 c.c.包气带岩性包气带岩性 Company Logo 7.2.3 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.包气带岩性包气带岩性 蒸发与毛细上升速度蒸发与毛细上升速度VcVc K KI I 有关有关 问问容易产生盐碱化的是哪类土容易产生盐碱化的是哪类土 小中大小Vc 很大大中小/极小hc 极小小中大K 粘土粘土亚砂亚砂粉砂粉砂砂砾石砂砾石岩性岩性 Company Logo 7.2.4 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 第七章结束第七章结束 地地 中中 渗渗 透透 仪仪 结结 构构 图图 测蒸发量测蒸发量