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。

f 〃扌〃彳〃 f 刀#力丿W 〃门扌地面面 水kBL .*Y 三下渗过程水分分布7.1.1大气降水对地下水的补给:1.大气降水入渗机制I •：• “活塞式”入渗均匀砂土层“捷径式”下渗空隙大小极悬殊；活塞式与捷径式区别:47匕□湿锋面:①捷径式下渗，新水可以超I过老水，优先达含水层；水i②捷径式下渗，不必包气带!达到饱和即可补给下方含:水层。

〔L i ▽MM IMB BUM MM ■■■ MHB ■捷径式下渗图山西黄土及其入渗目前认为，松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种OI-*-2、降水补给的影响因素蒸发ft地表□=＞地表径流降水y下渗补给含水层渗入地面以下的水补给含水层的水土壤水叶面蒸腾土面蒸发7.1.1大气降水对地下水的补给（降水入渗能力）垂向渗透流速v=Q/t,取决于包气带岩性在降雨强度超过地表入渗能力时，便将产生地表坡流。

2.降水补给的影响因素■ F = R + E+/S + G■气候因素（P, E）:1・年降水量2.降水强度和延续时间总量大，强度适中，间隔短,时间长的绵绵细雨最有利。

温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小。

■地质：I=.3.包气带:a岩性、b厚度、c含水量■4•地形：高或低，陡或缓■5•地下水位埋深：■ 6 •植被发育7.1.1大气降水对地下水的补给岩性及水位埋深对降雨入渗补给的影响问题：地下水位埋深的影响?3■降水入渗补给量•（1）平原区大气降水入渗补给量一般采用入渗系数法（a ）-降水入渗系数多用年平均值表示，由经验与实验等方法得出全年降水入渗补给量:Q = a • P ・F • 1000式中：Q ------- 降水入渗和给地下水量（nP/a）；P ------- 年降水量（mm）;a -—-降水入渗系数; 0.4之间。

在南方岩溶地区高达0・8以上，西北干旱气候的沙漠盆地接近于0.F 一一补给区面积（km2）。

•确定a的常用方法：入渗试验仪.地中渗透仪、经验类比法、利用潜水位天然变幅确定7.1.1大气降水对地下水的补给实际工作中常用Bocausd the inno卜as well as the outer ring are filled with water, th© wa!©r flows virtually vertically through the inner ring Into the soil外环…<环筒入渗计（双环）■:双环注水法■••剖面图一连续降水“ \、V〃地中渗透仪结构图13〃、、、〃八、、■/Z.叽7rS・・•/・—.•////12・・・/、Z./.•/.>/• /.・‘ -•・/‘ .・• /・•・・/ .• zI8S地下观测室20；19入渗皿廊・：4⑩：导水管I乡//丿/ /丿'21)一."7 7 7 7 7 7 / ///////////》//////////,XX/7777/河南郑州均衡试验场地中渗透仪试验土柱地下观测室7.1地下水的补给3、降水入渗补给量(2)山区降水入渗补给量的确定基岩山区大气降水、地表水与地下水的转换情况比较复杂,单独求算山区的大气降水入渗补给地下水量很困难，通常的做法是统一求取山区大气降水与地表水对地下水的补给量。

山区地形切割，地下水位埋藏深度大,地下水的蒸发排泄量可以忽略,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。

A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）A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I或盆地，则必须另行计算这一部分水量加入排泄量中。

图7-22流量过程线的直接分割法时Ill区的入渗系数嗨全年降水与河水补给地下水的量与年降水量的比值:/•X-1000方式求得九龙江南溪源水糸图3汇水面枳：J190平方公里汇水面积：、1.235平方公里L・7.1-2地表水对地下水的补给•：•地表水对地下水的补给♦:・补给来源：地表水体（河、湖、水库等）•:•补给机制：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■地表水补给地下水的必要条件有哪些：（1）存在水力联系（2）地表水水位高于地下水水位（存在水头差）★思考：比较长年性河流与季节性河流对地下水的补给的异同点？河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系季节性河流补给地下水A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）。

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） oA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）地表水与地下水的补给关系b 地表水与地下水的补给关系C枯水期思考:如何确定河水对地下水的补给量？河流对地下水的补给量河水补给地下水时,补给量的大小取决于下列因素: A透水河床的长度与浸水周界的乘积（相当于过水断面） A河床透水性（渗透系数）A河水位与地下水位的高差（影响水力梯度）A河床过水时间对于常年性河流,为了确定河水渗漏补给地下水的水量,可在渗漏河段上下游分别测定断面流量Q及Q ,则河水渗漏量等于（＜21-（22）t,伪河床过水时间。

此渗漏量即为河水补给地下水的水量;但是,对于过水时间很短的间歇性河流？思考：大气降水和河流补给地下水的异同?大气降水与地表水作为地下水补给来源的血A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。

A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I 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。

本段小结大气降水与地表水对地下水补给的区别:(1) 空间上:大气降水属于面状补给,范BI普遍且均匀；地表水则可看作线状补给,局限于地表水体周边。

(2) 时间上:大气降水持续时间有限而地表水体持续的时间长，或是经常性的。

⑶影响因素:大气降水对地下水的补给不同地区受气候因素(主要是降雨)影响,河流对地下水的补给关系沿着河流纵断面而有所变化。

潜水和承压水含水层接受降水及地表水补给的区别: 潜水在整个含水层分布面积上都能直接接受补给,而承压水仅在含水层出露于地表,或与地表连通处方能获得补给。

7.1-3含水层之间的补给•越流——地下水量的内部转化•潜水一承压水之间的补给右图中泉水的大小与哪些因素有关!含水层之间的水力联系含水层通过导水断层发生水力联系含水层通过钻孔发生水力联系7.1.3含水层之间的补给天窗、越流越流(Leakage ):具有一定水头差的相邻含水层, 通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程。

经常发生于松散沉积物中,粘性土层构成弱透水层。

思考：趣流量如何计算?虽然弱透水层的垂向渗透系数相当小，但水力梯度 大，越流的面积大，对于松散沉积物构成的含水系统， 越流补给量可能大于含水层侧向流入量。

越流补给量计算 用达西定律Q=K si 进行 分析,单位水平面积弱透水 层越流量Q 为: O = KI = K H A —H B式中： K —弱透水层垂向渗透系数I 一驱动越流的水力梯度 血含水层A 的水头 弘-含水层B 的水头M —弱透水层厚度7.1.3含水层之间的补给7.1.4凝结水的补给凝结作用指气温下降到一定程度由气态水转化为液态水的过程。

一般情况下,凝结形成的地下水相当有限。

但是,高山、沙漠等昼夜温差大的地方,凝结水对地下水补给很重要。

7.1.5地下水的其它补给来源(1)水库渗漏。

(2 )灌溉渗漏:灌溉渠系、灌溉田间渗漏补给。

(3 )工业及生活废污水的渗漏补给。

(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。

人工补给地下水的方式有: 蓄水渗补,④井孔灌注。

①地面，②河渠,目的：®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■■. • 4 ■■■•°• • • • ■…•・j I ■ * ' °• 'J. :. _ ・-■1 2 |——I 3 | 哥| 4I i LJ6图7—16人工补给地卜•水的方戎7.2地下水的排泄・径流排泄一水分（盐分）呈液态排出，盐随水去・蒸发排泄一水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐留7.2 A 泉spring❖定义:泉是地下水的天然露头。