第8章 地下水的补给与排泄

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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、水库渠道渗漏、生产生活 排水及人工回灌
第一节 一、大气降水对地下水的补给
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。 理想条件下,降水入渗过程中包气带中的水分分布变化如 图8-1所示。
Pr ( P P0 ) Pr 0
当P P0 时 当P P0 时
式中α为某一系数,它是衡量降水补给地下水多少的指标, 称为降水入渗补给系数。即
Pr ( P P0 ) 0 当P P0 时 当P P0 时
实际计算入渗系数时,常简单地取为α=Pr /P。
第一节 一、大气降水对地下水的补给
2. 降水补给的影响因素
先来看看大气降水的去向(图8-3)。 很显然,降落到地面的水分不能直接到达地下水面,因为 在地面和地下水面之间隔着一个包气带。入渗的水必须首先满 足包气带的需要,多余的水分才向下运移到达地下水面。为此 ,我们引入一个概念——降水入渗补给系数。 所有影响降水入渗补给系数的因素(降水量和临界降水量 )即是影响降水补给地下水的因素。
图8-1 降水入渗过程中包气带水分分布曲线变化 W0 - 残留含水量; Ws -饱和含水量
第一节
一、大气降水对地下水的补给
降水入渗过程
旱季t0:包气带上部的含水量低于残留含水量,形成水分亏缺 降水初期t1 :土层干燥,补足水分亏缺,毛细负压大,吸水 能力很强,雨水下渗快 降水延续t2 :含水量增加,毛细力减小,入渗速率下降,直 至下渗趋于稳定 降水再继续t3、t4 :多余的水分下渗 潜水位上升 t5: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
第一节 地下水的补给 Recharge of G.W.
补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化 问: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
补给的研究包括:补给来源、影响因素与补给量
第一节 一、大气降水对地下水的补给
目前认为,松散沉积物的降水入渗有两种方式 (图8-2):
活塞式 (Piston type infiltration):下渗水的湿锋面 整体向下推进,犹如活塞一样。 捷径式 (Short-circuit type infiltration):入渗水沿 着渗透性良好的大孔隙通道(根孔、虫孔和裂缝等) 快速优先下渗。
(C)
河流与地下水的补给关系是沿着河流纵剖面而变化的:
1) 山区河谷深切,一般地下水补给河水(洪水季节河水可 补给地下水); 2) 山前地带,河床较高,河水补给地下水; 3) 冲积平原或盆地的某些部位,季节性互补;
4) 冲积平原(下游),常表现为“地上河”。
图8-6 间歇性河流补给地下水示意图
河流对地下水补给量的确定:

“捷径式”下渗 粘性土(空隙大小悬殊的介质)
的结构,试样管中滴入颜色水,观察入渗现象。
实验:在有机玻璃管中装入上下不同粒径的白石英砂和玻璃砾,构成上粗下细
特点:新水可以超过老水,优先达含水层,捷径式下渗,不 必包气带达到饱和即可补给下方含水量。
活塞式下渗与捷径式下渗的区别(图8-2):
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的水分亏 缺,就可下渗补给含水层;而活塞式下渗时,只有全部 补充包气带的水分亏缺后,多余的水分才能下渗到达含 水层。 以上两点对于分析污染物在包气带中的运移很有意义。
0
W0
2 3 4
Ws
含 水 量
1 - 无入渗、无蒸发状态下的水分分布; 2 - 蒸发条件下的水分分布; 3 - 降水初期;
1
4 - 降水继续过程; 5 - 随着降水延续,水位抬升. 降雨之前,包气带上部水分亏缺,水 量小于残留含水量
深 度
5
降雨后,首先补足水分亏缺,多余的 水分才能下渗 下渗水达到地下水面时,地下水位抬 升
1.2.2 水库对地下水的补给
一般说来,水库应选址于隔水性能良好的地区,但有些 地区,尤其在岩溶区的水库,渗漏量往往很大,不能忽略。 对同一水库,水库的水位愈高,其渗漏量越大,补给含 水层的水量亦越大。 如陕西某水库(O2)的渗漏情况。
表8-1 陕西某水库的渗漏情况观测(1974年)
观测时间
库水位变化(m)
渗漏量(m3/s)
3.10-3.31
4. 1-4.30
740.00-747.85
747.85-749.65
0.194
0.542
5.1-5.31
6.26-7.8
749.65-751.96
757.41-756.75
0.698
1.700
大气降水与地表水对地下水补给的比较:
从空间分布上看,大气降水属面状补给,补给范围普遍 且均匀;而地表水则可视为线状补给(河流),或局部 面状补给(水库),仅局限于地表水体的周边。 从时间上说,大气降水持续时间相对较短,而地表水体 持续时间长,甚至是常年性的。
不论地表水是动态的还是静态的,地表水、地下水的补给 关系有三种:
地表水补给地下水; 地下水补给地表水; 地表水和地下水表现为季节性互补。
1.2.1 河流对地下水的补给
90
89
88
90 89
88
69 68
70
70
69
68
62 61
62 61
60
60
(A)
图 地下水与地表水的互补关系
(B)
K 式中 称为越流系数[T -1]。对于松散沉积物 b 构成的含水系统,虽然K’很小,但因越流面积 A 很大,因此越 流补给量往往大于含水层的侧向流入量。
K
弱透水层 主含水层
b
T
图8-8 越流示意图
1.4.3 越流实例
地下水是江苏省新沂市的唯一水源(约6万m3/d )。开采中 心位于西郊工业区, 降落漏斗在枯水期约32km2(24m等水位线 计算), 丰水期 21 km2 (25m等水位线计算) 。 根据水资源评价结果,本区深层地下水的允许开采量不超 过5万m3/d ,而自1989年以来并未发现漏斗扩大和加深,只是随 着枯、丰水作季节性的变化,保持动态平衡,表明开采层的补 给量与开采量处于平衡状态。有趣的是,除了开采层的降落漏 斗外,未开采的浅层潜水也形成相应的降落漏斗(图8-9),说 明越流确实存在。
测水分损失量
接渗瓶 实验场 观测室
地中渗透仪结构图
隔水板
供水 开关
测筒 径流管
给 水 控制管
潜水位 控制筒
滤层 连通管
径流量 储水瓶 入渗量 储水瓶
地中渗透仪示意图
山区大气降水入渗量的确定
在山区,潜水蒸发可忽略不计。从多年平均 的角度来说,含水层的补给量(大气降水、地表水 )大体上与其排泄量(泉、泄流)相等。由此可知
Fundamentals of Hydrogeoloy
第 8章
地下水的补给与排泄
土木工程(岩土方向)
第8章 地下水的补给与排泄
Recharge & Discharge of G.W.
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 排泄:含水层或含水系统向外界排出水量的过程 8.1 地下水的补给 8.2 地下水的排泄
渠道对地下水的渗漏补给与地表水相似,只是灌渠密度
大,且有时为半挖半填的地上渠形式,故渗漏量相当大。 大型渠道灌溉时输水损失近50%,除了蒸发和湿润包气 带外,相当一部分补给了地下水。
1.4 含水层(或含水系统)之间的补给
1.4.1 含水层之间的联系方式
两个含水层之间存在水头差并且有联系通道时,那么水头较 高的含水层便会补给水头较低的含水层。含水层之间联系的方式 有: 直接方式(直接接触、天窗) 间接方式(越流、导水断层) 人为方式(导水钻孔) 在含水层与含水层之间的补给中,越流作为一种间接补给方 式,在含水层的补给源中占有很重要的意义。
1.4.2 越流
两个含水层通过其间的弱透水层发生水量交换的现象,称 为越流(图8-8)。越流常发生于松散沉积物中,粘性土构成弱 透水层。 根据Darcy定律可计算越流量的大小。假设上下含水层的水 头分别为H1和H2,则单位水平面积弱透水层的越流量(渗透流 速 v)为
H1 H 2 v K J K H 1 H 2 b
在河流能够对地下水进行补给的前提下(即河水位高 于地下水位;两者有水力联系),河流与地下水的补给量 取决于:
a) 透水河床的长度与浸水周界的乘积;
b) 河床透水性; c) 河水位与地下水位的高差; d) 河流的过水时间。
河流对地下水补给量的确定:
确定河水渗漏补给地下水的水量,可在渗漏河段的上下 游A、B断面分别测定其断面流量QA、QB,如果河床的过水
灌 溉 水 入 渗 补 给 量 ( mm )
80 70 60 50
=1m
=1
=2
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 灌溉定额 ( m 3/ 亩 )
20 10 0
图8-7 灌水定额与灌水入渗补给量的关系
(以地下水埋深为参数)
m
30
.5
40
m
1.3.2 渠道水对地下水的渗漏补给
具体说来,影响大气降水补给地下水的因素有:
a) 年降水量的大小 b) 降水组合特征 c) 包气带特征(含水率、厚度、渗透性) d) 地形 e) 植被 如何影响: 降水总量大,降水强度适中,包气带岩性粗和厚 度小,地形平缓,植被较茂盛时,降水补给地下水的量大 ;反之,降水总量小,降水强度太小或太大,包气带岩性 细或厚度大,地形较陡,植被较稀疏时,降水补给地下水 的量少。
1.3 灌溉水和渠道水对地下水的补给 1.3.1 灌溉水对地下水的渗漏补给
习惯上将灌溉渗漏补给含水层的水称之为灌溉回灌水。灌溉 水入渗与降水入渗类似,其补给量取决于 灌水方式(面灌、喷灌、滴灌) 灌水定额(每次灌溉时每亩地的灌溉水量)
地下水埋深(图8-7)
在平原和盆地中,不适当的灌溉可引起潜水位的大幅上升, 引起土壤次生沼泽化和盐渍化。

湿 锋 面
潜水面 ( a) ( b)
图8-2 降水入渗模式 (a)活塞式下渗 (b)活塞式与捷径式下渗组合
第一节
一、大气降水对地下水的补给

“活塞式”入渗 均匀的砂土
实验:在有机玻璃管中装入均质的白色石英砂,向试样管中滴入颜色水或用颜 色水和无颜色水交替方式滴入试样管,观察入渗现象。
特点:年龄新的水推动年龄老的水下移,“老”水在前, “新”水在后。
第一节 一、大气降水对地下水的补给
3.大气降水入渗补给量的确定
平原区一般采用下式确定全年降水入渗补给量: Q = P · α· F · 1000
m3/a, mm,无量纲,km2
入渗系数法(α)确定方法: 1. 地中渗透仪测定 2. 天然潜水位变幅
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。
α = Q / (P · f ·1000) 需要注意的是,对某一时段来说,排泄量并不等于 同期的入渗补给量。
第一节 二、地表水对地下水的补给
地表水体(河、湖、水库等)都可以成为地下水的补给来源。 在自然界,一般大气降水量大的地区地表水多,地下水丰 富。同时应注意地表水对地下水的影响,即地下水丰富的地区 地表水也多,且其水量稳定,由此说明地表水和地下水是相关 的。
Байду номын сангаас
时间为t,则河水的渗漏补给量Ql为
Ql = ( QA - QB ) ·t a) 对于常年性河流,此渗漏量即为河流对含水层的补给量Qr ; b) 对于过水时间比较短的间歇性河流(图8-6)来说,渗漏补给 量Ql有相当大一部分消耗于包气带,故河流对含水层的补给 量Qr远小于河流的渗漏量Ql。
思考题:大气降水与地表水是地下水的两种补给来源 ,从空间和时间分布上二者有什么不同? 空间分布看: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。 时间上: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。
大气圈
降水 一部分 蒸 发 地表 入渗 包气带(一部分滞留 ) 下渗 含水层(获得补给) 图8-3 降水去向及其入渗补给含水层 蒸发 地表径流
不是所有的降水都能对地下水产生补给。也就是说,只 有当降水量P大于某一临界值P0以后,才有可能补给地下水 ,使地下水位升高。P0称为该区的临界降水量,则入渗补给 量Pr可表示为
相关文档
最新文档