07地下水的补给、排泄与径流解析
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。
有关地下水补给、径流、排泄等水文地质学基础知识
有关地下水补给、径流、排泄等水文地质学基础知识地下水，那可是大地的神秘宝藏，就像藏在地下的小金库，默默地滋养着大地万物。
今天咱们就来唠唠地下水的那些事儿，什么补给、径流、排泄之类的。
咱先说说地下水的补给。
这补给就像是给地下水这个大池子注水一样。
雨水是个很重要的角色呢。
每次下大雨的时候，雨滴就像一个个小信使，带着天空的馈赠冲向大地。
一部分雨水直接渗到地下，就像小偷悄悄溜进了一个秘密基地，慢慢地补充着地下水。
还有河流啊，它就像一个慷慨的邻居，有时候河水会偷偷地往地下渗，把自己的水分享给地下水。
山上的冰雪融化也不能小看，那融化的雪水就如同远方归来的游子，急切地投入大地的怀抱，成为地下水的一部分。
对了，灌溉用水有时候也会渗透下去，这就好比我们吃饭的时候不小心掉了些米粒到地上，虽然看起来不起眼，但积少成多也能给地下水加点料。
地下水可不会一直静止在那里，它也像个调皮的孩子到处跑，这就是径流。
它在地下岩石和土壤的孔隙里穿梭，就像小老鼠在地道里乱窜。
地下水径流的速度可不一样，就跟不同的人走路速度有快有慢一样。
如果地下的岩石和土壤孔隙比较大，像那种粗砂层，地下水就跑得欢快些，就像在宽阔的马路上跑步；要是遇到黏土这种孔隙小的，那就只能慢悠悠地挪了，仿佛走在狭窄的小巷子里。
而且地势也影响它的径流方向，水往低处流嘛，地下水也不例外，它总是朝着地势低的地方流去，就像球总是往坡下滚一样。
再讲讲排泄。
地下水也得有个出口释放自己，这就是排泄。
泉水就是地下水排泄的一种美丽呈现。
那泉水涌出来的时候，就像大地开了个口子在吐珍珠，清澈的泉水从地下冒出来，形成了一道亮丽的风景。
有些地方的湖泊也是靠地下水排泄来维持水量的，地下水就像一个默默支持的一直在背后给湖泊提供水源。
还有啊，人们打井取水，这也算是地下水的一种排泄方式。
地下水就像一个无私的供应者，满足人们的用水需求。
不过要是取太多，就像一个人不停地索取别人的东西，那地下水也会受不了的。
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 ））。
地下水的补给、径流、排泄及家乡地下水开采特征
地下水的补给、径流、排泄及家乡地下水的开采特征摘要地下水作为整个地球上水循环的重要环节之一，通过含水层从外界获得补给，在含水层中向排泄区运动和赋予它们的岩石相互作用，最后向外界排泄而参与水循环。
地下水的不断交替、不断更新决定了含水层中水质水量在空间上和时间上的变化。
为了了解地下水的赋存变化规律，合理评价和开发水资源，就必须研究地下水的补给、排泄与径流特征。
关键词：补给径流排泄地下水一、地下水地补给含水层从外界获得水量的过程称作补给，主要来源有：大气降水、地表水、凝结水、其他含水层水和人工补给。
（1）大气降水大气降水是自然界水循环中最活跃的因素之一，也是千层地下水的主要补给来源。
降落到地面的水分一部分变为坡面径流或被蒸发而消失，仅有部分渗入地下。
这一部分到达潜水面以前，必须经过土颗粒、空气和水三相组成的包气带，因此入渗过程中水的运动是极其复杂的。
降水到达地面后，便向岩石土壤中渗入。
如果降雨前土层湿度不大，则入渗的水先形成结合水，大道最大结合水量后，剩余的水才形成毛细水继续下渗，只有当包气带中所有毛细水被充满后，才能形成重力水连续下渗。
（2）地表水对地下水的补给地表水体包括河流、湖泊、水库、海洋等，它们都在一定条件下成为地下水的补给。
地表水补给地下水必要条件有以下两方面：一方面，两者之间必须有水力联系；另一方面，地表水为必须高于地下水位。
如某些平原河流的下游，河流中上游的洪水期，河流出山后的山前地段和河流流经岩溶发育地段，一般满足上述条件，地表水补给地下水。
（3）凝结水的补给凝结作用指空气的饱和湿度随温度降低，温度降到一定程度，绝对湿度与饱和湿度相等。
温度继续下降，超过饱和湿度的那一部分水便凝结成液态水。
白天，大气和土壤均吸热，晚上，土壤散热快而大气散热慢，低温将带一定程度，土壤孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，土壤空气的绝对湿度随之降低，导致大气中水汽和土壤孔隙水汽压力不平衡，地面大气中水汽想土壤孔隙中运动并凝结，不断补充，不断凝结形成重力水下渗。
地下水的补给、排泄与径流
一、大气降水补给
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 见图5-1
•包气带是降水对地下水补给 蒸 的枢纽，包气带的岩性结构和 E发 含水量状况对降水入渗补给起 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： 均匀砂土层——活塞式 含裂隙的土层——捷径式
地下水的补给、排泄与径流
对于潜水来说， 山区地下水的 循环属于渗 入—径流型
干旱半干旱地区地形低平的细土堆积平原，径流很弱。 属于渗入—蒸发型
地下水的补给、排泄与径流
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。
• 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
地下水的补给、排泄与径流
二、泄流
•泄流量测定方法： –水文过程线：河流某一断面上流量与时间关系的曲线， 称为水文过程线（流量过程线）。 –基流：向河流排泄的地下水流量称为基流。 –水文过程线分割法：通过绘制流量与时间的关系曲线， 在曲线上分割出降水补给量和地下水的补给量（基流）。 –基本原理：认为正常情况下河水由两部分组成，一部分 是降水补给，另一部分是地下水补给。 –具体分割方法： •1、直线分割法（图5-28）（包括直线分割法和斜割法） –适用于地下水与河水无直接水力联系 –缺点：随意性大，误差大 –优点：简便地易下水行的补给、排泄与径流
地下水的补给、排泄与径流
7一.2.1、泉泉 spring（续2）
3. 研究泉的意义？
直接得到水文地质资料；间接分析出水文地质信息。 温泉 通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合 分析与泉水成因有关地质、水文地质条件 ①地下水位标高，②岩层的含水性（透水性）， ③含水岩层的补给，循环（交替），④地质构造、断层等， ⑤供水水源（直接利用）。
第5章-地下水的补给、排泄与径流
–主要方法：人工专门补给（回灌、诱导补给）、 非专门性人工补给（修建水库、渠道渗漏、农业 灌溉等），见图5-18、图5-20 –人工补给的目的：1、补充水量 2 、调节水温 3、防止地面沉降 4 、改善地下水质 5、防止或 减少海水入侵 –人工补给的原则：不能引起不良的水文地质和 工程地质现象。
第二节 地下水的排泄
长白山温泉
趵突泉
地下水排泄的研究包括：
排泄方式、影响因素、排泄量的确定 排泄方式： 泉（点状排泄） 向地表水体泄流（河流—线状）、向相邻含水层的排泄 蒸发（面状排泄） 前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：
径流排泄—水分（盐分）呈液态排出,盐随水去
⑤供水水源（直接利用）。
山东济南百脉泉
第三节 地下水的径流
一、径流方向、强度的影响因素
• 径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径 流。 最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集 中排泄区，具有单一径流方向。
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。 • 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
降水初期 t1：
土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 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——渗润阶段，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
（三）四种不同时间尺度地补给
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后； 2）季节性补给：有规律的季节性； 3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补 给； 4）历史性或古补给：古代埋藏水。
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。
第三章 地下水的补给、径流、排泄
地下水的补给、径流、排泄
地下水的补给、径流、排泄
水文地质条件
hydrogeological condition
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的地质条件等的总称。
地下水的补给
含水层或含水系统从外界获得水量的作用过程称作补给。
i 1
Q垂
——泰森多边形内的入渗或蒸发量（m3/d）；
大气降水补给地下水水量的确定
地下水动态分析法：地下水位观测资料估算
X f (hmax h h t )
式中：
X f ——降水入渗补给量；
——地下水位变动带内的给水度；
hmax ——降水后观测孔中的最大水柱高度(m)
大气降水补给地下水水量的确定
降水入渗补给系数法
Q X F 1000
式中： Q ——降雨入渗补给量，m3；
X ——年降水量,mm；
——降水入渗系数；
F ——补给区面积,km2；
二、地表水对地下水的补给
河流与地下水的补排关系沿着河流纵断面而有所变化。 河水补给地下水时，补给量的大小取决于下列主要因素：
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第三章
地下水的补给、径流与排泄
1
地下水的补给 地下水的排泄
2
3
地下水的径流
地下水的补给、径流、排泄
补给与 排泄
含水层或含水系统与外界进行水量、 能量和盐量交换的环节。
径流
含水层或含水系统内部进行水量和 盐量积累和运输的过程。
这三个环节决定地下水水量、水质 和水温在时间和空间上的变化
捷径式下渗与活塞式下渗比较
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 比“新”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。
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。
试谈地下水的补给排泄与径流
图a）；出露于低处，则整个汇水范围内
降水都有可能聚集补充（图b）。
试谈地下水的补给排泄与径流
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• 切穿承压含水层隔水顶板导水断层，在
有利地形条件下，也能将大范围内降水
引入含水层（图c）。汇水区大小也影响
潜水含水层接收补给（图d）。
试谈地下水的补给排泄与径流
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第六章 地下水补给、排泄与径
流
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•
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•பைடு நூலகம்
6.1地下水补给
6.2 地下水排泄
6.3 地下水径流
6.4 地下水补给、径流与排泄对地下水水
质影响
试谈地下水的补给排泄与径流
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• 地下水经常不停地参加着自然界水循环
。含水层或含水系统经由补给从外界取
得水量，经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
6.1地下水补给
• 隔水层分布不稳定时，在其缺失部位相邻含水层
便经过“天窗”发生水力联络（图）。
试谈地下水的补给排泄与径流
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涣散沉积物及基岩都有可能存在
透水“天窗”，但通常基岩中隔水
层分布比较稳定，所以，切穿隔
水层导水断层往往成为基岩含水
层之间联络通路（图）。
6.1地下水补给
穿越数个含水层钻孔
第30页
6.1地下水补给
• 依据Q = KωI ，在一维流动条件下，单位水平面积
弱透水层越流量V 为：
•
•
•
•
•
式中： K ——弱透水层垂向渗透系数；
I ——驱动越流水力梯度；
H A ——含水层A 水头；
H B ——含水层B 水头；
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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
蒸发 蒸腾
7.3 地下水补给与排泄对地下水水质的影响
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。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要 有两点不同： 1）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； 2）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。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
土壤水的消耗（干旱季节以及雨季间歇期的蒸发与蒸腾）造 成土壤水分亏缺，而降水必须补足全部水分亏缺（在捷径式下渗 情况下降水必须补足水分亏缺的大部分）后方能补给地下水。 由此可见，雨季滞留于包气带的那部分水量，相当于全年支 持毛细带以上包气带水的蒸发蒸腾量。 入渗水补足水分亏缺后，其余部分继续下渗，达到含水层 时，构成地下水的补给。因此，平原地区降水入渗补给地下水 水量为：
第七章 地下水的补给、排泄与径流 7.1 地下水的补给
定义：含水层或含水系统从外界获得水量（盐量、热量） 的过程
研究内容：补给来源、补给条件、补给量。
补给来源（自然）：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 补给来源（人工）：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 一、大气降水入渗机制
第七章 地下水的补给、排泄与径流
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）。 下渗水达到地下水面，使地下水储量增加， 地下水位抬高（图c）。 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7—3）。在降 雨强度超过地表入渗能力时，便将产生地 表坡流。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
包气带渗透性好，有利于降水入渗补给。包气带厚度过大（潜 水埋深过大），则包气带滞留的水分也大，不利于地下水的补给。 但潜水埋藏过浅，毛细饱和带达到地面，也不利于降水入渗。 当降水强度超过地面入渗速率时，地形坡度大会使地表坡流 迅速流走，使地表径流增加。平缓与局部低洼的地势，有利于 滞积表流，增加降水入渗的份额。 森林、草地可滞留地表坡流与保护土壤结构，这方面有利于 降水入渗。但是浓密的植被，尤其是农作物，以蒸腾方式强烈 消耗包气水，造成大量水分亏缺。尤其在气候干旱的地区，农 作物复种指数的提高，会使降水补给地下水的份额明显降低。
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 t5 所示: 包气带
上部保持残留含水量（W0），
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（Ws）。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
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 （图a，（t0））。
qx X D S
qx——降水入渗补给含水层的量 X——年总降水量 D——地表径流量 单位：mm
△S——降水入渗补给含水层的量
第七章 地下水的补给、排泄与径流
令：
qx X
为降水入渗补给系数。
含义：每年总降水量补给地下水的份额，常以小数表示。 影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，其中主要有年降 水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被等。 由于降水量中相当一部分要补足水分亏缺，因此年降水量过小 时，能够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则有利于 补给地下水，α 值较大。 降水特征也影响α值的大小。间歇性的小雨很可能只湿润土壤 表层而经由蒸发及蒸腾返回大气，不构成地下水的有效补给。过 分集中的暴雨则又可能因降水强度超过地面入渗能力而部分转化 为地表径流，使 α 值偏低。因此，不超过地面入渗速率的连绵细 雨最有利于地下水的补给。
第七章 地下水的补给、排泄与径流
第七章 地下水的补给、排泄与径流
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，除了粒间孔隙与颗粒 集合体内和颗粒集合体间的孔隙外，还存在根孔、虫孔与裂缝等大 的孔隙通道。在粘性土中，捷径式入渗往往十分普遍。
如图所示，当降水强度较大，