工程水文地质(第三章地下水的循环)

第三章
二、蒸发排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
河北省石家庄的实验观测数据显示潜水埋藏深度对蒸发量的影 响。当埋深大于5米时，潜水蒸发近于零，埋深愈浅，岩土中水 分蒸发愈大。因为地下水埋藏浅，包气带则薄，水分交换运移 路程短，水分扩散迅速，所以水量损耗多。若潜水位埋深近于 地表，潜水面上毛管水上升可直达地面，水汽输送通畅，供水 条件好，地下水蒸发强度可达到甚至超过水面蒸发强度，所以 可用水面蒸发量（Eo）近似代替埋深为零的潜发量，即为陆面 蒸发能力的表征。当潜水埋深超出土壤毛管上升高度及植物根 系吸水深度时，则潜水蒸发量趋于零。此时的潜水埋深称为潜 水蒸发的极限埋深。
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
第三章
二、地表水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
地表上的江河、湖泊、水库以及海洋，皆可成为地下水的补给 水源。现以河流为例，说明地表水的入渗补给的一般规律。 河流对于地下水的补给，主要取决于河水位与地下水位的相对 关系。这种关系对于大江大河来说，在不同河段往往存在明显 的差别。 ①通常上游山区河段，河流深切，河水水位常年低于地下水位， 河水无法补给地下水，地下水补给河水； ②进入山前地带，地下水为埋藏较深，河水位高于地下水位， 发生补给地下水的现象。
第三章
二、蒸发排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
潜水蒸发是浅层地下水消耗的重要途径，潜水蒸发主要是通过 包气带岩土水分蒸发和植物的蒸腾来完成的。其蒸发的强度、 蒸发量的大小与气象条件、潜水埋藏深度及包气带的岩性有关。 气候愈干燥，相对湿度愈小，岩土中水分蒸发便愈强烈，而且 蒸发作用可深入岩土几米乃至几十米的深处。
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
泉是地下水的天然露头，是含水层或含水通道出露地表发生地 下水涌出之现象。通常山区及山前地带泉水出露较多，这是与 这些地区流水切割作用比较强烈、蓄水构造类型多样及断层切 割比较普遍等因素的影响有关。 泉的分类方法有多种，1、按泉水出露时水动力学性质可将泉水 分为上升泉和下降泉两大类。上升泉一般是承压含水层排泄承 压水的一种方式，泉水在静水压力的作用下，呈上升运动，相 对来说这种泉水的流量比较稳定，水温年变化较小；下降泉是 无压含水层排泄地下水的一种方式，地下水在重力作用下溢出 地表，水量、水温等往往呈现明显的季节性变化。
第三章
三、凝结水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
四、含水层的补给
第三章
五、人工补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
人工补给在地下水各种补给来源中愈来愈重要。在国外有些国 家里，用人工回灌补给地下水量已占到地下水利用总量的30％ 左右。人工补给可区分为两大类，一类是人类修建水库、引水 灌溉农田，城市工矿企业排放工业废水以及城镇生活污水排放， 因渗漏而补给地下水，这是一种无计划的盲目的补给，虽然可 以增加地下水的贮量，但常常引起土壤发生次生盐渍化、地下 水遭到污染的矛盾；另一类则是人类为了有效地保护和改善地 下水资源，改善水质，控制地下漏斗以及地面沉降现象的出现， 而采取的一种有计划、有目的的人工回灌。
第三章
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
（一）地下水径流方向与径流强度 地下水的径流方向与地表上河川径流总是沿着固定的河床汇流 不同，呈现复杂多变的特点，具体形式则视沿程的地形，含水 层的条件而定。当含水层分布面积广，大致水平，地下径流可 呈平面式的运动；在山前洪积扇中的地下水则呈现放射式的流 动，具有分散多方向的特点；在带状分布的向斜、单斜含水层 中的地下水，如遇断层或横沟切割，则可形成纵向或横向的径 流。但这种复杂多变性，总离不开地下水从补给区向排泄区汇 集，并沿着路径中阻力最小方向前进，即自势能高处向势能较 低处运动，反映在平面上，地下水流方向，总是垂直于等水位 线的方向。
第三章
五、人工补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
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在我国水资源供需矛盾比较突出的一些北方省区，以及过量开 采地下水的大中城市，也开展了这方面的工作。如河北省的南 宫“地下水库”回灌工程，设计总蓄水量达4.8亿米3，可调蓄 水量达1亿米3以上。上海市采用人工回灌方法，控制由于过量 开采深层地下水而引起的地面沉降，取得了举世瞩目的成就。 人工补给地下水还可以储冷（冬灌夏用），储热（夏灌冬用）。 回灌方式主要有地面、河渠、坑池蓄水，井孔灌注。
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
在平原地区，降水入渗补给量可根据降水入渗系数进行估算。 所谓降水入渗系数，即是在同一面积上降水入渗量占降水量的 百分数。即= qx/X。 qx为年降水入渗补给含水层的量mm。 X为年降水量mm。 降水入渗补给量计算公式： Q=1000XF 式中F为补给面积km2。
另外还有含水层之间的排泄以及人工排泄。
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
泉是地下水的天然露头，是含水层或含水通道出露地表发生地 下水涌出之现象。通常山区及山前地带泉水出露较多，这是与 这些地区流水切割作用比较强烈、蓄水构造类型多样及断层切 割比较普遍等因素的影响有关。 泉的分类方法有多种，按泉水出露时水动力学性质可将泉水分 为上升泉和下降泉两大类。上升泉一般是承压含水层排泄承压 水的一种方式，泉水在静水压力的作用下，呈上升运动，相对 来说这种泉水的流量比较稳定，水温年变化较小；下降泉是无 压含水层排泄地下水的一种方式，地下水在重力作用下溢出地 表，水量、水温等往往呈现明显的季节性变化。
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
由此可见，降水的入渗过程是在分子力、毛管力以及重力的综 合作用下进行的。而地下水自降水获得的补给量除了与降水本 身的强度、降水总量等有关外，还与土层蓄水能力有关。只有 降水入渗量超过土层的蓄水能力，多余的降水才能补给潜水。
此外，地形、植被等对大气降水的补给也有影响
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
大气降水是地下水最主要的补给来源。其补给的一般过程是： 如雨前土壤相当干燥，则到达地面的降水先被土壤颗粒表面吸 附力所吸引，形成薄膜水，可称薄膜下渗。当土壤吸附的薄膜 水达最大持水量时，继续下渗的雨水将被吸入细小的毛管孔隙， 形成毛管悬着水，形成毛管下渗，当包气带土层中的结合水、 毛管悬着水达到极限以后，后续的雨水将在重力作用下，通过 静水压力的传递，不断而稳定地补给地下水。在地下水埋藏较 深的地方，这一过程需要很长时间才能完成。
第三章
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
地下水失去水量的过程，就是地下水的排泄。其排泄方式有点 状排泄（泉）、线状排泄（向河流泄流）及面状排泄（蒸发）3 种。在排泄过程中，地下水的水量、水质及水位均相应的发生 变化。其中蒸发排泄仅消耗水分，盐分仍留在地下水中，所以 蒸发排泄强烈地区的地下水，水的矿化度比较高。
第三章
二、地表水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
补给量的大小除了与河床的透水性能，河床的周界有关外，主 要决定于江河水位高低以及高水位持续时间的长短。江河对地 下水的补给与降水入渗补给还存在明显的不同点：前者的补给 局限于河槽边界，呈线状补给，补给面比较窄；而降水补给呈 面状，在一次降水期间普遍而均匀，但雨停后，降水补给亦很 快停止，所以时间上断断续续；江河的补给，只要河水位高于 两岸地下水位，就可持续进行。
第三章
二、蒸发排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
河北省石家庄的实验观测数据显示潜水埋藏深度对蒸发量的影 响。当埋深大于5米时，潜水蒸发近于零，埋深愈浅，岩土中水 分蒸发愈大。因为地下水埋藏浅，包气带则薄，水分交换运移 路程短，水分扩散迅速，所以水量损耗多。若潜水位埋深近于 地表，潜水面上毛管水上升可直达地面，水汽输送通畅，供水 条件好，地下水蒸发强度可达到甚至超过水面蒸发强度，所以 可用水面蒸发量（Eo）近似代替埋深为零的潜发量，即为陆面 蒸发能力的表征。当潜水埋深超出土壤毛管上升高度及植物根 系吸水深度时，则潜水蒸发量趋于零。此时的潜水埋深称为潜 水蒸发的极限埋深。
第三章
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
含水层自外界获得水量的过程称为补给，补给按来源的不同可 分为：降水入渗补给、地表水补给、凝结水补给、来自其他含 水层的补给以及人工补给等。 在以上各种补给来源中，凝结水的补给量有限，但对降水量稀 少、昼夜温差大的沙漠干旱地区，凝结水的补给具有重要意义； 至于来自其他含水层的补给，则是发生在地下水内部的一种水 量交换过程。 所以从整体上说，地下水的主要来源，还是大气降水和地表水 的入渗补给，而人工补给则随着人类活动日益扩展，其重要性 与日俱增。
第三章
地下水的循环
地下水作为水圈的重要组成部分，一方面积极地参与了全球的 水循环过程，同时在一定的环境条件下，一定区域范围内的地 下水自身通过不断地获得补给、产生径流而后排泄等环节，发 生周而复始的运动，形成相对独立的地下水循环系统。循环系 统的强度规模主要决定于补给与排泄这一对矛盾。如果补给充 足、排泄畅通，地下水径流过程就强烈；如果补给来源充足， 但排泄不畅，必然促使地下水位抬升，甚至溢出地表，并在一 定的环境条件下使地表沼泽化。反之排泄通畅，但补给水源不 足，迫使含水层中的地下水逐渐减少，甚至形成枯竭，地下水 循环受到抑制，以至中断。由此可见，地下水补给和排泄，是 决定地下水循环的两个基本环节，是地下径流形成的基本因素， 补给来源和排泄方式的不同，以及补给量和排泄量的时空变化， 直接影响到地下径流过程以及水量、水质的动态变化。
第三章
三、向地表水排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
地下水通过地下途径直接排入河道或其他地表水体，称为泄流 排泄。泄流只在地下水位高于地表水位的情况下发生，泄流量 的大小，决定于含水层的透水性能、河床切穿含水层的面积， 以及地下水位与地表水位之间的高差。 旱季时，河水不断流，往往是地下水排泄所致。
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
2、按泉的成因，可分为接触泉、侵蚀泉、溢出泉和断层泉；
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
泉可以单个出现，亦可在特定的地质、地貌条件下，呈泉群出 现，泉水流量则相差悬殊。我国山东省济南市是著名的泉城， 在市区2.6平方公里范围内，分布有大小106个泉，总涌水量达8， 333米3/秒，成为济南市区的供水水源之一。 一些泉水温度较高（南京汤山温泉） 一些泉水含有某些特殊的化学物质，可用来做饮料。 另外一些泉本身就是旅游景点。
第三章
二、地表水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
③进入中下游地区，堆积作用加强，河床抬高，河水位一旦高 于地下水位，即可发生补给地下水的现象。但河水为低于地下 水位时，则地下水补给河水。河水与地下水之间的关系常层季 节性变化。
④黄河的下游，由于强烈的堆积作用，河床高出地表，形成 “地上悬河”。河水总是补给地下水。
第三章
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
（一）地下水径流方向与径流强度 至于地下水的径流强度，也就是地下水的流动速度基本上与含 水层的透水性，补给区与排泄区之间水力坡度成正比，对承压 水来说，还与蓄水构造的开启与封闭程度有关。 地下径流强度不仅沿程上有差别，在垂直方向上也不同，一般 规律是从地表向下随着深度增加，地下径流强度逐渐减弱，至 侵蚀基准面，地下水基本处于停滞状态。
第三章
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
（二）地下水径流类型 地下水是通过补给，径流与排泄3个环节来实现交替循环的。根 据水的交替循环途径的不同，可区分为垂向交替、侧向交替和 混合交替。其中垂向交替以内陆盆地为最典型，自降水或地表 水入渗得到补给，而后以蒸发方式垂直排泄，径流过程微弱； 侧向交替类型的补给来源多样，地下水的交替基本上在水平方 向上进行，径流比较发育；混合交替是介于上述两类之间的过 渡类型，自然界中实际交替现象，大都属这一类。
第三章
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
四、含水层之间的排泄 五、人工排泄 抽取地下水作为供水水源，基坑开挖抽水降低地下水位，北京、 西安等许多大中城市，地下水是主要供水水源。
第三章
一、地下水的动态
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
地下水径流是地下水循环系统的重要环节，它将地下水的补给 区与排泄区紧密地联系在一起，形成统一的整体。径流的强弱 影响着含水层的水量与水质的形成过程。 （一）地下水径流方向与径流强度 （二）地下水径流类型