7第七章 地下水的补给与排泄
七章补径排
观
测
主孔
孔
一般根据地质条件进行分析，总方向是由补给区到排泄 区，可用示踪的方法确定。示踪剂有食盐、同位素等。
地下水的补给——径流、径流——排泄界限的划分 是比较难的，没有严格界限，一般认为能接受补给的部 分称为补给，对潜水而言分布区与径流区一致，故称补 给——径流区，承压水比较好分区。
径流量除用达西公式计算外，有时用下列表示式 来判断地下水的富集程度。
2、地下径流率：1平方公里含水层面积上地下水的径
流量（又称径流模数）。
MJ
Q 10 2 F 365 86400
(L/S.KM2)
它说明了一个地区或一个含水层中以地下水径流
的形式存在的地下水量的多少，而不能说明地下水的
径流强度（用平均渗透率来表示）。
5、补给模数：单位面积上地下水含水层上补给的 量。Mb=Q/F,与径流模数差一个降水量系数。
6、径流区水质的变化 地下水的矿化度随补给区的矿化度不同而不同，沿 途有地表水或污染物的汇入而发生变化。
（3）泉的分布反映汗水层的分布或含水通道的分 布，及补给和排泄区的位置。
（4）区的标高反映当地的地下水位标高。
(5）泉的化学成分、物理性质及气体成分，反映 当地地下水的水质特点和形成的环境特点。
（6）水温反映地下水的埋藏特点，如水温接近气 温，说明地下水埋藏较浅，温泉来自深部。
（7）泉的研究有利于判断地质构造，泉常出露于 断层带及接触带
3、地下水径流系数：地下水径流量与同时间内（通
常为一个水文年）降落在含水层补给面积上的水量之比。
地下水的补给与排泄
第七章地下水的补给与排泄第一节地下水的补给含水层或含水系统从外界获得水量的过程称作补给。
补给研究包括补给来源、补给条件与补给量。
地下水补给来源有天然与人工补给。
天然补给包括大气降水、地表水、凝结水和来自其他含水层或含水系统的水；与人类活动有关的地下水补给有灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给（利用钻孔）。
一、大气降水对地下水的补给（1）大气降水入渗机制松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种（见图7－1）：活塞式下渗是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移如图7－1（a）。
图7—1活塞式与捷径式下渗（a）活塞式下渗；（b）捷径式与活塞式下渗的结合图7—2 降水入渗过程中包气带水分分布曲线—残留含水量；—饱和含水量活塞式下渗过程：a）雨季之前（）时，包气带水分分布曲线如图7—2（a）所示，近地表面水分出现亏缺。
b）雨季初期~时，入渗的降水首先补充包气带水分分布曲线的亏缺部分，如图7—2（a）和所示。
c）随着降雨的继续，多余的入渗水分开始下渗，近地表面出现高含水量带，水分分布特征如图7—2（b）时的状况；如果连续降雨高含水量带将向下推进，如果此时停止降雨，高含水量带的水分向下缓慢消散（如图7—2（b）所示）。
d）停止降雨后，理想情况下，包气带水分向下运移最终趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，含水层获得补给，地下水水位抬升，此时均质土包气带水分分布如图7－2（c）所示。
活塞式下渗是在理想的均质土中室内试验得出的。
实际上，从微观的角度看，并不存在均质土。
尤其是粘性土，捷径式入渗往往十分普遍。
捷径式入渗：当降雨强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，一部分雨水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙扩散。
存在比较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。
如图7－1（b）所示。
捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要有两点不同：（a）活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是老水先到达含水层；捷径式下渗时新水可以超前于老水先到达含水层；（b）对于捷径式下渗，入渗水不必全部补充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。
水文地质学 第七章__地下水的补给与排泄
第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。
径流7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。
2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。
降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。
降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。
渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。
因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。
入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量； D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。
单位：mm 水柱。
降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。
Xq x=α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。
定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。
07地下水的补给、排泄与径流解析
第七章 地下水的补给、排泄与径流
过程：含水层或含水系统经由补给从外界获得水量，通 过径流将水量由补给处输送到排泄处向外界排出。 在补给与排泄过程中，含水层与含水系统除了与外 界交换水量外，还交换能量、热量与盐量。 意义：补给、排泄与径流决定着地下水水量、水质在空间 与时间上的分布。 为了解地下水的赋存变化规律，合理评价和开发利用 水资源，就必须研究地下水的补给、排泄与径流特征。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
目前认为，松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径 式两种：
第七章 地下水的补给、排泄与径流
活塞式下渗：鲍得曼（Bodman）等人于1943—1944年对均质砂 进行室内入渗模拟试验的基础上提出，简而言之，这种入渗方 式是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。 在理想情况下，包气带水
普遍认为，在砂砾质土中主要为活 塞式下渗，而在粘性土中则活塞式与捷 径式下渗同时发生。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
二、影响大气降水补给地下水的因素
蒸发
地表
降水
地表径流 下渗补给含水层
渗入地面以下的水，不等于补给含水层的水。其中相当 一部分将滞留于包气带中构成土壤水，通过土面蒸发与叶面 蒸腾的方式从包气带水直接转化为大气水。 以土壤水形式滞留于包气带并最终返回大气圈的水量相 当大。我国华北平原总降水量有70％以上转化为土壤水。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
7.1 地下水的补给
7.1.1 大气降水对地下水的补给 7.1.2 地表水对地下水的补给
7.1.3 大气降水及河水补给地下水水量的确定
7.1.4 凝结水的补给 7.1.5 含水层之间的补给 7.1.6 地下水的其它补给来源 泉 泄流
7.2 地下水的排泄
7第七章地下水的补给与排泄
第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。
7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。
2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。
降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。
降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。
渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。
因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。
入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量；D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。
单位：mm 水柱。
降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。
Xq x =α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。
定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。
水文地质学---地下水的补给与排泄
二、间歇性河流对地下水的补给过程
第七章 地下水的补给与排泄
二、间歇性河流对地下水的补给过程 汛期开始，河水浸湿包气带
并发生垂直下渗，使河下潜水 面形成水丘（图a）。
河水不断下渗，水丘逐渐抬 高与扩大，与河水联成一体 （图b）。
汛期结束，河水撤走，水丘 逐渐趋平，使一定范围内潜水 位普遍抬高（图c）。
第七章 地下水的补给与排泄
切穿隔水层的导水断层往往成为基岩含水层之间的联系通路
第七章 地下水的补给与排泄
穿越数个含水层的钻孔或止水不良的分层钻孔， 都将 人为地构成水由高水头含水层流入低水头含水层的通道。
第七章 地下水的补给与排泄
相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换，称作越流。
越流经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层。
第七章 地下水的补给与排泄
三、大气降水与地表水作为地下水补给来源的比较
从空间分布上看，大气降水属于面状补给，范围普遍且较 均匀；地表水则可看作线状补给，局限于地表水体周边。 从时间分布比较，大气降水持续时间有限而地表水体持 续时间长，或是经常性的。在地表水体附近，地下水接受 降水及地表水补给，开采后这一补给还可加强，因此地下 水格外丰富。 从总体上说，降水量的多寡决定着一个地区地下水的丰富 程度 就其水源而言，地表水是由大气降水转化而来的，即 使对于干旱山间盆地，作为地下水主要补给来源的河水， 仍然来源于山区降水，或以冰雪形式积累起来的高山降水。
第七章 地下水的补给与排泄
根据Q=KωI，在一维流动条件下，单位水平面积弱透 水层的越流量V为：
H A HB V KI K M
K——弱透水层垂向渗透系数；
I——驱动越流的水力梯度；
HA——含水层A的水头； HB——含水层B的水头； M——弱透水层厚度（等于渗透途径）。 相邻含水层之间水头差愈大，弱透水层厚度愈小而其 垂向透水性愈好，则单位面积越流量便愈大。
水文地质学基础——地下水的补给与排泄
（4）人工补给地下水：采用有计划的人为措施补充含水层的水量。
人工补给地下水
人工补给地下水的方式有： ① 地面，② 河渠，③ 坑 池蓄水渗补，④ 井孔灌注。 目的： ① 补充与储存地下水资 源，抬升地下水位； ② 储存热源、冷源； ③ 控制地面沉降； ④ 防止海水倒灌、咸水 入侵； ⑤ 改善生态环境
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——渗漏与渗透阶段
降水再持续：
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
活塞式下渗：入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。
地面
t1
湿 锋 面
t2
潜水面
下渗过程水分分布
渗润阶段
渗漏、渗透阶段
7.1.1 大气降水对地下水的补给
泄量可以忽略，大体上可认为山区地下水的补给量等于其排 泄量，故可通过测定地下水排泄量反求其补给量。
山 区 地 下 水 的 排 泄 量
山区地下水全部以泉形式集中排泄时，可通过定期测定泉 流量求得全年排泄量。 如地下水分散泄流，可通过分割河水流量过程线求 年排泄量（见下图）。 如果山区地下水有一部分以地下径流形式排入相邻的平原 或盆地，则必须另行计算这一部分水量加入排泄量中。
水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeology防灾科技学院Fra bibliotek张耀文
本章内容
7.1地下水的补给
7.2 地下水的排泄
7.3 地下水径流
7.4 地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响
东北大学《水文地质学基础》第七章拓展学习必备资料67
第七章地下水的补给与排泄
一．选择题
1.有关地表接受降水入渗能力和入渗速率的描述正确的是：（）
A)地表接受降水入渗能力初期较小，逐渐变大。
B)地表接受降水入渗能力是一个定值。
C)降水入渗速率是逐渐变小的，最后变为零。
D)降水入渗能力和入渗速率随着降雨延续逐渐趋于某一定值。
2.关于地下水补给入渗方式正确的描述是：（）
A)在粘性土中都是捷径式下渗。
B) 地下水补给入渗方式要么是活塞式下渗，要么是捷径式下渗。
C)活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是“老”水先到达含水层；捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层；
D)对于捷径式下渗，入渗水必须先补充包气带水分亏缺，然后才可下渗补给含水层。
3.判断下面各图所代表的泉的类型
（a）图（）；（b）图（）；（c）图（）；（d）图（）；（e）图（）；（f）图（）。
A)侵蚀泉
B)接触泉
C)溢流泉
D）接触带泉
4. 判断下面各图所代表的泉的类型
（g）图（）；（h）图（）；（i）图（）；（j）图（）。
A)侵蚀泉
B)接触带泉
C)溢流泉
D）断层泉。
七章补径排
一次降水对潜水的补给量： Xy=X-Yy-（H-h）(Wmax-W0)。 Xy：一次降水对潜水的补给量; X：降水量。 Yy：地面径流量。 2）影响因素： 降雨形式（大，中，小雨）。小雨易入渗，形成地表径 流少。 降水强度：(每小时降水量mm/h); 地形条件;植被情况： 地表平整程度; 包气带岩性、厚度：K值小且厚度大时补 给潜水量就小。 以上条件或因素不完全单一，而是综合影响，互相制约 。
近几年，由于气候变化及不合理的开采地下水，北方的 泉口大都相继干枯。 **读P76页的图，
按要求写出读
书报告
二、向河流排泄 1、河水与地下水的关系 潜水与河水无直接关系； 潜水与河水有直接关系； 潜水与河水有周期关系； 承压水与河水有直接关系。
2、基流分割 由于线状排泄不集中，不易测定，故用分割法。该 方法有平割、斜割、分段割、退水曲线割等。 以平割为例：从水位起开始，经退水后再上升为止 ，连接成直线，以下阴影部分为基流（泄流）。即地下水 补给河水的水量。
(5）泉的化学成分、物理性质及气体成分，反映 当地地下水的水质特点和形成的环境特点。 （6）水温反映地下水的埋藏特点，如水温接近气 温，说明地下水埋藏较浅，温泉来自深部。 （7）泉的研究有利于判断地质构造，泉常出露于 断层带及接触带 （8）岩溶区大泉可以直接开采利用，如利用不当 ，“扩泉”也会导致水源枯竭，破坏风景。 （9）对国民经济建设有重要意义，有的泉是供水 水源地（排泄区水量大），也有的是著名的旅游胜地。 北方大泉在早期都有神秘色彩，有庙宇或名人题词。
2．降雨入渗系数的确定： 降雨入渗系数指在同一面积上降雨入渗补给地下水 数量占降水百分比。 α =Xi/X*100%. α :入渗系数 Xi：入渗量 X：降雨量。 （1）根据动态观测资料资料求α 。 α = Xi/X Xi=△h*F*μ X=X*F α =△hμ /X=μ (Hmax-H+△ht)/XI △H:水位增加值； F:面积 ； μ :给水度； H:降水前的水位。△h:地下水位变化； x:在水位上升时期以厚度表示降水量。
地质大水文地质学基础讲义07地下水的补给与排泄
第七章地下水经常不断地参与着自然界的水循环。
含水层或含水系统经由补给从外界获得水量，通过径流将水量由补给处输送到排泄处向外界排出。
在补给与排泄过程中，含水层与含水系统除了与外界交换水量外，还交换能量、热量与盐量。
因此，补给、排泄与径流决定着地下水水量水质在空间与时间上的分布。
关于地下水的径流（流动），我们将在第八章加以地下水的补给与排泄讨论。
7．1 地下水的补给含水层或含水系统从外界获得水量的过程称作补给。
补给除了获得水量，还获得一定盐量或热量，从而使含水层或含水系统的水化学与水温发生变化。
补给获得水量，抬高地下水位，增加了势能，使地下水保持不停的流动。
由于构造封闭，或由于气候干旱，地下水长期得不到补给，便将停滞而不流动。
补给的研究包括补给来源、补给条件与补给量。
地下水的补给来源有大气降水、地表水、凝结水，来自其它含水层或含水系统的水等。
与人类活动有关的地下水补给有灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给。
7．1．1 大气降水对地下水的补给7．1．1．1 大气降水入渗机制松散沉积物组成的包气带，降水入渗过程相当复杂。
迄今为止，降水入渗补给地下水的机制尚未充分阐明。
我们以松散沉积物为例，讨论降水入渗补给地下水。
目前认为，松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种（图7—1）。
活塞式下渗（Piston type infiltration ）：鲍得曼（Bodman ）等人于1943—1944年对均质砂进行室内入渗模拟试验的基础上提出，简而言之，这种入渗方式是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。
在理想情况下，包气带水分趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，均质土包气带水分分布如图7—2（c ）中九所示。
包气带上部保持残留含水量（0W ），一定深度以下，由于支持毛细水的存在，含水量大于0W 并向下渐增，接近地下水面的毛细饱和带以及饱水带，含水量达到饱和含水量（s W ）。
实际情况下，只有在雨季过后包气带水分稳定时最接近此理想情况，雨季之前，由于旱季的土面蒸发与叶面蒸腾，包气带上部的含水量已低于残留含水量0W ，而造成所谓的水分亏缺（图7—2a ，（0t ））。
地下水基础—第七章 地下水的补给与排泄
开封柳园口悬河
山东境内黄河
（二）河流对地下水补给的过程－间歇河流为例
1、汛期开始以垂直入渗为主， 潜水面处形成水丘。
2、水丘水位不断抬高， 与河水连成一体。
3、汛期结束， 潜水位普遍抬高。
（三）河流补给地下水的影响因素
1、河床面积 2、河床透水性 3、河床水位与地下水位之差。
（四）河流补给地下水的水量的确定
蒸发及蒸腾返回大气，不构成地下水的有效补给。 集中式暴雨降水强度超过地面入渗能力而部分转 化为地表径流，入渗系数偏低。连绵细雨不超过 地面入渗速率的最有利于地下水的补给。
α
间歇小雨
连绵细雨
降水强度（单位时间内降水量） 集中暴雨
(三)影响大气降水补给地下水的的因素
3、包气带渗透性与厚度
累
积 200 入
Q
f X 1000
Q 地下水排泄量（泉的排泄量、河流的基流量） (m3/a)
f 汇水面积（Km2) X 年降水量(mm)
四、凝结水的补给
特点 ：1、昼夜温差大（撒哈拉大沙漠昼夜温差 50℃ ）。
2、夜间土壤（沙层）温度低，首先自身凝 结出水，其次是大气层凝结出水（敦煌壁画受 到凝结水的破坏）。
湿润锋面
>>入渗特点：
＊发生在空隙均匀的岩土体中；
＊入渗水湿润面整体向下推进，犹如活塞的运移；
＊年龄新的水推动年龄老的水下移，“老”水在前， “新”水在后，始终是“老”水先到达含水层。
大气降水对地下水的补给
2、捷径式 由于孔隙大小的差异，当降水强度较大，入
渗水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先下渗，同时向下 渗通道周围扩散。在接受连续入渗补给后，大通道的入渗 水将优先到达地下水面。
7第七章地下水的补给与排泄
第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。
7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。
2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。
降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。
降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。
渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。
因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。
入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量；D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。
单位：mm 水柱。
降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。
Xq x =α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。
定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。
第七章 地下水的补给径流与排泄
第七章地下水的补给径流与排泄我们认为：世界是物质的，物质是运动的，运动是有规律的，规律是可以认识并可以利用的。
地下水是自然界广泛存在的非常重要的物质，对它运动规律我们从微观上已经进行过一些研究，如达西线性渗透定律，V = Kl；讨论了结合水、①毛细水的运动规律；学习了地下水化学成分的形成与变化。
而在宏观上关于地下水的运动，只在自然界水循环中作过简单的介绍。
在以下几章里，将分别介绍地下水水质、水量的时空变化规律。
这个变化的：过程——地下水的动态；数量关系——地下水的均衡；结果——地下水资源。
在“自然界水循环”当中讲到：水文循环——大气水、地表水、地壳浅部水之间的相互转化过程。
（发生在海 陆之间的叫大循环；发生在海海与陆陆内部的叫小循环。
）地质循环——地球浅部层圈与深部层圈之间水分的相互转化过程。
地下水经常不断地参与着自然界的水循环，我们把下面三个概念（过程）叫做* 地下水循环——地下水的补给、径流与排泄过程。
* ①补给——含水层（含水系统）从外界获得水量的过程。
* ②径流——水由补给处向排泄处的运动过程。
* ③排泄——含水层（含水系统）失去水量的过程。
地下水在补给、径流、排泄过程中，不断的进行着水量的交换和运移。
由于水是盐分和热量的良好的溶剂和载体，所以在水量交换的同时，也伴随着水化学场和温度场的响应的变化。
即水量、盐量、热量都在变化。
这些变化的特点决定了含水层（含水系统）中水量、水质、水温的分布规律。
因此，在做地下水研究时，只有搞清地下水的补、径、排规律或特点，才能正确的评价水资源，才能更合理的利用地下水，更有效的防范地下水害。
* 一、地下水的补给——含水层（含水系统）从外界获得水量的过程。
研究地下水的补给，主要研究如下三个问题：a. 补给源：大气降水、地表水、凝结水、相邻含水层（含水系统）的水以及人工补给水源。
b. 补给条件：主要是发生补给的地质—水文地质条件，如补给方式和补给通道的情况等。
c. 补给量：含水层（含水系统）获得了多少水。
地下水的补给、排泄与径流
6.1地下水的补给
6.1地下水的补给
6.1地下水的补给
• 就地表接受降雨入渗的能力而言，初期较大， 逐渐变小趋于一个定值。降雨初期，由于表土 干燥，毛细负压很大，毛细负压与重力共同使 水下渗，此时包气带的入渗能力很强。随着降 雨延续，湿锋面推进到地下一定深度，相对于 重力水力梯度（ I = 1），毛细水力梯度逐渐变 小，入渗速率逐渐趋于某一定值（图）。在降 雨强度超过地表入渗能力时，便将产生地表坡 流。
6.1地下水的补给
• 6．1．2 地表水对地下水的补给 • 河流与地下水的补关系沿着河流纵断面而有所变化 （图）。一般说来，山区河谷深切，河水位常低于地下 水位，起排泄地下水的作用（图a)洪水期则河水补给地 下水。山前，由于河流的堆积作用，河床处于高位，河 水常年补给地下水（图b）。冲积平原与盆地的某些部 位，河水位与地下水位的关系，随季节而变（图c)。而 在某些冲积平原中，河床因强烈的堆积作田而形成所谓 “地上河”，河水经常补给地下水（图d）。
6.1地下水的补给
6.1地下水的补给
• 均匀砂土层——活塞式 • 在理想情况下，包气带水分趋于稳定，不下渗也无蒸发、 蒸腾时，均质土包气带水分分布如图（c）中九所示。 包气带上部保持残留含水量（ W 0 ），一定深度以下， 由于支持毛细水的存在，含水量大于W0 并向下渐增， 接近地下水面的毛细饱和带以及饱水带，含水量达到饱 和含水量（ W s ）。 • 实际情况下，只有在雨季过后包气带水分稳定时最接近 此理想情况，雨季之前，由于旱季的土面蒸发与叶面蒸 腾，包气带上部的含水量已低于残留含水量W0 ，而造 成所谓的水分亏缺（a，（t 0））。 • 雨季初期的降雨，首先要补足水分亏缺，多余的水分才 能下渗（图b， t3、t4）。
E.考研-水文地质学基础(7-8)
(1) 地下水含水系统的圈定，通常以隔水或相对隔水的岩层作为系统边界流动系统以流面为边界。
(2) 流动系统受人为因素影响比较大；含水系统受人为影响小。
(3) 控制含水系统发育的，主要是地质结构；控制地下水流动系统发育的，是自然地理因素。
3．在地下水流动系统中，任一点的水质取决于哪些因素？
13．地下水的泄流是地下水沿河流呈带状排泄。 （ √ ）
14．地下水以径流排泄为主时，其含盐量较低，以蒸发排泄为主时，其含盐量较高。 （ √ ）
15．越流系统包括主含水层、弱透水层以及相邻含水层或水体。 （ √ ）
16．在越流系统中，当弱透水层中的水流进入抽水层时，同样符合水流折射定律。 （ √ ）
第七章 地下水的补给与排泄
一、名词解释
1．地下水补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
2．入渗系数：每年总降水量补给地下水的份额。
3．凝结作用：温度下降，超过饱和湿度的那一部分水汽，便凝结成水，这种由气态水转化为液态水的过程。
4．越流：相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换。
6．地下水排泄的研究内容和地下水的排泄方式有哪些？
研究内容：排泄去路、排泄条件、排泄量。
排泄方式有：泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层或含水系统、人工排泄。
7．简述泉的分类？
据补给泉的含水层的性质，将泉分为上升泉和下降泉。
具出露原因，下降泉可分为侵蚀（下降）泉、接触泉与溢流泉；上升泉可分为侵蚀（上升）泉、断层泉与接触泉。
四、简答题
1．地下水补给的研究内容有哪些? 地下水的补给来源有哪些？
研究内容：补给来源、补给条件、补给量。
水文地质学基础——地下水的补给与排泄
水文地质学基础Fundamenta Is of Hydrogeo logy本章内容7/1地下水的补给7.2地下水的排泄7.3地下水径流7.4地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响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，水量增加的同时，盐量、能量等也随之增加。
排泄：含水层或含UJ水系统向外界排出水量的过程，减少水量的同时，盐量和能量等也随之减少。
根据地下水循环位置,可分为补给区、径流区、排泄区。
＞径流区是含水层中的地下水从补给区至排泄区的流经范围。
＞补给区(recharge area )是含水层出露或接近地表接受大气降水和地表水等入渗补给的地区。
＞水文地质条件是地下水埋藏、分布、补给、径流和排泄条件、水质和水量及其形成地质条件等的总称。
抽水井隔水层补给区IE饱和帯非承斥含水层承压含水层排泄区隔水层世紀承压含水层亿年7.1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。
O补给的研究包括：补给来源、补给机制、影响因素、补给量O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■人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌7.1.1大气降水对地下水的补给讨论：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人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: 降水入渗的现象一两类空隙的入渗过程——总结：均匀砂土层--- 活塞式(piston/diffuse)含裂隙的土层--- 径式(bypass)7.1.1大气降水对地下水的补给1.大气降水入渗机制• “活塞式”入渗——适用条件：均匀的砂土层土层干燥，吸水能力很强,雨水下渗快-渗润阶段降水延续t2 :土层达到一走的含水量，毛细力与重力共同作用,下渗趋于稳走——渗漏与渗透阶段降水再持续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时, 含水量获得补给，潜水位上升活塞式下渗:入渗水的湿锋面整体向下推进, 犹如活塞的运移。
地下水的补给与排泄
第七章地下水的补给与排泄第一节地下水的补给含水层或含水系统从外界获得水量的过程称作补给。
补给研究包括补给来源、补给条件与补给量。
地下水补给来源有天然与人工补给。
天然补给包括大气降水、地表水、凝结水和来自其他含水层或含水系统的水；与人类活动有关的地下水补给有灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给（利用钻孔）。
一、大气降水对地下水的补给（1）大气降水入渗机制松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种（见图7－1）：活塞式下渗是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移如图7－1（a）。
图7—1活塞式与捷径式下渗（a）活塞式下渗；（b）捷径式与活塞式下渗的结合图7—2 降水入渗过程中包气带水分分布曲线—残留含水量；—饱和含水量活塞式下渗过程：a）雨季之前（）时，包气带水分分布曲线如图7—2（a）所示，近地表面水分出现亏缺。
b）雨季初期~时，入渗的降水首先补充包气带水分分布曲线的亏缺部分，如图7—2（a）和所示。
c）随着降雨的继续，多余的入渗水分开始下渗，近地表面出现高含水量带，水分分布特征如图7—2（b）时的状况；如果连续降雨高含水量带将向下推进，如果此时停止降雨，高含水量带的水分向下缓慢消散（如图7—2（b）所示）。
d）停止降雨后，理想情况下，包气带水分向下运移最终趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，含水层获得补给，地下水水位抬升，此时均质土包气带水分分布如图7－2（c）所示。
活塞式下渗是在理想的均质土中室内试验得出的。
实际上，从微观的角度看，并不存在均质土。
尤其是粘性土，捷径式入渗往往十分普遍。
捷径式入渗：当降雨强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，一部分雨水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙扩散。
存在比较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。
如图7－1（b）所示。
捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要有两点不同：（a）活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是老水先到达含水层；捷径式下渗时新水可以超前于老水先到达含水层；（b）对于捷径式下渗，入渗水不必全部补充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。
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第七章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。
7．1 地下水的补给补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
1．大气降水（precipitation）入渗机理：1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。
2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。
降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。
降水转化为3种类型的水：①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）；②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）；③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。
渗入地面以下的水：①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈；②其余下渗补给含水层→地下水。
因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。
入渗补给地下水的水量：q x=X-D-∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；X ––––年降水总量；D ––––地表径流量；∆S ––––包气带水分滞留量。
单位：mm 水柱。
降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。
Xq x =α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。
定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素：① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小；② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给；③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗；④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大；⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给；⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。
2．地表水地表水对地下水的补给：1）山区：一般排泄地下水（河水位低于地下水位，地下水补给河水），洪水期：补给地下水；2）山前：常年补给地下水（河水位高于地下水位）；3）平原：河水补给地下水（“地上河”）。
影响因素：① 河床的透水性；② 水位差（河水与地下水）。
定量计算：① 达西定律：q x =K ωI ；② 测定上、下游河流断面的流量（断面测流）：q x =Q 上-Q 下。
大气降水、地表水是地下水的两种主要补给来源。
其特点：1）从空间分布上看：大气水属于面状补给，范围大且均匀；地表水（河流）为线状补给，局限于地表水体周边。
2）从时间分布上看：大气降水持续时间较短；地表水（河流）持续时间较长，是经常性的；简而言之：大气降水：面状补给，持续时间短；地表水：线状补给，经常性的，持续时间较长。
条件变化的影响：地下水开采以后，由于水位的下降，水文地质条件的变化，大气降水、地表水的补给强度也要发生变化。
地下水位下降后，由于包气带的加厚，降水补给量有可能减少；地表水与地下水水头差的加大，地表水的补给量有可能增大。
由于地表水归根结底来源于大气降水，所以降水量的多少→决定一个地区地下水资源量的多少。
补给特点：潜水：整个含水层分布面积上接受补给；承压水：仅在含水层出露面积上接受补给。
3．大气降水、河水补给地下水水量的确定1）平原区：① 大气降水入渗补给量（入渗系数法）：Q=X·α· F ·1000式中：Q ––––降水入渗补给地下水的水量（m 3/a ）；X ––––年降水量（mm ）；α––––入渗系数（无量纲）；F ––––补给面积（km 2）。
② 河水补给量：a 达西定律：q x =K ωI ；b 断面测流：q x =Q 上-Q 下。
2）α的确定① 地中渗透仪（或蒸渗仪：lysimeter ，P69，图7–8）：测定入渗到地下水的水量来计算α。
② 潜水位变幅（埋藏较浅）：观测降水入渗引起的地下水位变幅∆h ，来计算α：Xh X q x ∆==μα 3）山区：由于山区“三水”（大气水、地表水、地下水）的转化规律较复杂，分别区分大气降水、地表水对地下水的补给量往往较困难，所以常常将大气降水补给量和地表水补给量统一放在一起，作为一个量来考虑––––地下水的补给量。
在山区，一般：地下水的补给量≈地下水的排泄量：① 地下水完全以大泉集中排泄：补给量≈ 排泄量（测泉流量）；② 地下水分散泄流（全部排泄）：分割河水流量过程线→河水排泄量→作为地下水补给量。
山区入渗系数α的计算： 1000⋅⋅=X f Q α 式中：Q ––––年地下水排泄量（≈ 补给量）（m 3/a ）；f ––––汇水面积（km 2）；X ––––年降水量（mm/a ）。
4．凝结水的补给气温下降：气态水→液态水→凝结水。
对于高山、沙漠及昼夜温差大的地区有一定意义。
5．含水层之间的补给（越流补给）1）两个含水层之间存在弱透水层，且有水头差时，水头较高的补给水头较低的含水层，形成→越流。
越流（leakance ）––––相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换，称作越流。
2）隔水层分布不稳定，局部缺失，形成“天窗”→补给。
3）越流量的大小用Darcy 定律计算：MH H K V B A -= （单位时间、通过单位面积上的水流体积––––通量） 式中：V ––––单位水平面积弱透水层的越流量（m/d ）；K ––––弱透水层垂向渗透系数（m/d ）；H A ––––含水层A 的水头（m ）；H B ––––含水层B 的水头（m ）；M ––––弱透水层的厚度（m ）。
则，通过整个越流层的水量（m 3/d ）：Q=V·ω。
由此可见，相邻含水层之间的水头差愈大，弱透水层厚度愈小，垂向透水性愈好，则越 M K潜水承压水流量愈大。
尽管弱透水层的垂向渗透系数K z 相当小（可能比含水层小若干个数量级），但是由于驱动越流的水力梯度往往比水平流动大2～3数量级，产生越流的面积（全部弱透水层分布范围）更比含水层的过水断面大得多，对于松散沉积物构成的含水系统，越流量往往大于含水层的侧向流入量。
与含水层的过水断面（侧向）相比较，由于弱透水层分布面积（水平）大，越流量往往不容忽视。
6．其它补给来源① 农田灌溉灌溉回归水––––灌溉渗漏补给含水层的水称之为灌溉回归水。
② 人工补给地下水7．2 地下水的排泄排泄––––含水层或含水系统失去水量的过程称作排泄。
1．泉（spring ）泉––––是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点，地下水出露成泉。
泉的分类：1）按含水层性质：上升泉：由承压含水层补给。
符号（尾巴上升）： 下降泉：由潜水含水层补给。
符号（尾巴不上升）：2）按出露原因（进一步分，P75图7–17）：P76，例子，泉城济南：在岩浆岩与石灰岩的接触带上形成泉群。
O 石灰岩呈一单斜构造（强含水层），下伏地层为Є（相对隔水层），大气降水渗入地下转化为地下水，地下水顺O 石灰岩倾斜方向运动，遇岩浆岩（隔水层）受阻，溢出地表成泉。
如著名的趵突泉等。
2．泄流（discharge flow ）（向河流排泄）泄流––––当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水的泄流。
通过对河流流量过程线的分割→地下水泄流量。
关于分割流量过程线，更多的例子可参考有关《水文学》方面的著作。
3．蒸发（evaporation E ）干旱气候条件下，地势低平的平原与盆地，蒸发→地下水的主要排泄方式。
涨水点 落水点地下水的蒸发排泄可分为两种：一种是土壤水的蒸发；另一种是潜水的蒸发。
1）土壤水的蒸发：不直接消耗饱水带的水，但影响饱水带接受大气降水的补给。
2）潜水的蒸发：紧接潜水面存在支持毛细水带，潜水沿潜水面不断上升（以毛细方式），然后由液态水转化为气态水→向大气蒸发（潜水埋藏浅的条件下）。
水分沿毛细带不断蒸发，盐分浓集于地表（土壤积盐），降水时，盐分淋洗，返回潜水（土壤脱盐），当积盐量>脱盐量时→土壤盐渍化。
强烈蒸发条件下→地下水浓缩盐化。
不合理的灌溉，使潜水面抬升，原先没有盐渍化的土壤产生盐渍化––––次生盐渍化。
影响潜水蒸发的因素：①气候：愈干燥，蒸发量愈大（定量：蒸发量E与气象因素的关系式）；②潜水面埋深：埋深小，E大；埋深大，E小（E=0，极限地下水埋深）（定量：E与埋深的关系，阿维里扬诺夫公式）；③岩性：砂：毛细上升高度小（不利于蒸发）；粘土：毛细上升速度太慢（不利于蒸发）；亚砂土、粉砂土：毛细上升高度较大，速度快→蒸发强烈。
4．蒸腾（transpiration−T）叶面蒸发––––蒸腾。
根系吸收水分→叶面蒸发。
生产1kg小麦，需耗水1200 ~ 1300kg。
实际工作中：土面蒸发量E、植物蒸腾量T，常常作为一个量来计算，称为腾发量ET （evapotranspiration）或蒸散量。
具体计算ET的方法：可参阅有关《农业气象》方面的著作。
7．3 地下水补给与排泄对水质的影响将补给与排泄结合起来，划分为两大类型的地下水循环：①渗入−径流型：长期循环的结果：地下水向淡化的方向发展；②渗入−蒸发型：长期循环的结果：补给区地下水淡化，排泄区地下水盐化、土壤盐渍化。
思考题1.地下水补给?2.入渗系数?3.凝结作用?4.越流?5.灌溉回归水?6.地下水排泄?7.泉?8.上升泉?9.下降泉?10.侵蚀(下降)泉?11.接触泉?12.溢流泉?13.断层泉?14.接触带泉?15.地下水的泄流?16.蒸腾?17.补给、径流、排泄是地下水参与自然界的重要环节。
18.地下水补给的研究包括、与。
19.地下水的天然补给来源有、、、。
20.与人类活动有关的地下水主要补给源有、以及专门性的。
21.松散沉积物中大气降水的入渗有两种方式：、。
22.降水转化为3种类型的水：、、。
23.落到地面的降水，归根结底的三个去向是、和。
24.影响大气降水补给地下水的因素主要有、、、和。
25.由于地表水归根结底来源于大气降水，所以的多少决定一个地区地下水资源的多少。