地下水的补给与排泄地下水的补给含水层或含水系统从

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。

通常情况下，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。

（2）影响大气降水补给地下水的因素

落到地面的降水，归根结底有三个去向：转化为地表径流，蒸发返回大气圈，下渗补给含水层，如图（7－4）。

由下渗过程可知，渗入到地面以下的水不等于全部补给含水层的水。其中，相当一部分水滞留在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。

以平原地区降水入渗补给地下水水量表达式：

式中：——降雨入渗补给含水层的量，mm；

X——年总降水量，mm；

D——地表径流量，mm；

——包气带水分滞留量，mm；

令

则，α称为降雨入渗系数，即每年总降雨量补给地下水的份额，常以小数表示。

图7—4 降水入渗补给含水层框图

由降雨入渗表达式，我们可以分析出大气降水补给地下水的影响因素：气候（气象）、包气带的岩性和厚度、地形与植被覆盖等。

气候（气象）包括：年降水总量、降水强度与历时、降水频率，以及温度和蒸发强度。

包气带特征包括：包气带岩性的渗透性和厚度

其他因素主要有：地形坡度、地表覆盖程度以及覆盖物的储水-透水特征等。

影响降水入渗补给地下水的因素是相互制约、互为条件的整体，不能孤立的割裂开来加以分析。

二、地表水对地下水的补给

（1）河流与地下水的补给关系

沿着河流纵断面河流与地下水的补给关系具有分段性的特点（图7－5）。

山区河谷深切，河水位常低于地下水位，其排泄地下水的作用（图7－5a）。

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7－5b）。

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7－5c）；在某些特殊的冲积平原中，河床因强烈的堆积作用而形成所谓的“地上河”，河水经常补给地下水（图7－5d）。

（2）河水补给地下水的影响因素

河流与河床：透水河床的长度与侵水湿周的乘积（相当于过水断面），河床透水性（渗透系数）

河流与地下水：河水位与地下水位的高差（影响水力梯度），河床至地下水位间的岩性的透水性。

河床过水时间：根据河床的过水时间，河流分为常年性和间歇性。

图7—5 地表水与地下水的补给关系

1—基岩；2—松散沉积物；3—地表水位（纵剖面）；4—地下水位；5—地表水位（横剖面）

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7—6a）。

汛期河水不断下渗，水丘逐渐抬高与扩大，与河水联成一体（图7—6b）。

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7—6c）。

图7—6 河水补给地下水

1—原地下水位；2—抬高后地下水位；3—地下水位抬高部分；4—河水位；5—补给方向

（3）河流渗漏补给地下水的水量的确定

简单的确定方法，可以在有渗漏的河段上下游，分别测定断面流量Q1及Q2，则河流渗漏量等于，其中t为河床过水时间。

三、大气降水及河水补给地下水水量的确定

（1）平原区大气降水入渗补给量

在平原区，大气降水入渗补给地下水的量通常可用下式确定：

（7—2）

式中：——降水入渗补给地下水量（m3/a）；

——年降水量；

——入渗系数；

——补给区面积（）。

确定入渗系数常用的方法有以下两种：

利用地中渗透仪测定