水文地质学基础第七章地下水的补给与排泄.ppt

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1、LOGOFundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础第七章第七章 地下水的补给与排泄地下水的补给与排泄Recharge，Discharge of G.W.主讲教师：张卫民主讲教师：张卫民本章内容本章内容 7.1 地下水的补给地下水的补给7.2 地下水的排泄地下水的排泄Company Logo7.1 7.1 地下水的补给地下水的补给地下水的补给地下水的补给补给定义补给定义：含水层或含水系统从外界获得水量的含水层或含水系统从外界获得水量的过程过程 补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化v思考：思考：补给获得水量后，含水层或

2、含水系统会发生什么补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？变化？地下水位上升，地下水位上升，增加了势能增加了势能，使地下水保持不停的流动，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将停滞补给的研究包括：补给的研究包括：补给来源、影响因素与补给量补给来源、影响因素与补给量地下水的补给来源有：地下水的补给来源有：天然：天然：大气降水、地表水、凝结水大气降水、地表水、凝结水及及相邻含水层相邻含水层的补的补给等给等人类活动有关的：人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏灌溉水入渗、水库渗漏及及人工回灌人工回灌7.1

3、.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制讨论：入渗机制？影响因素影响因素？补给量的确定补给量的确定？1 1、大气降水入渗机制、大气降水入渗机制包包气气带带是是降降水水对对地地下下水水补补给给的的枢枢纽纽，包包气气带带的的岩岩性性结结构和含水量状况对降水入渗补给起着决定性作用构和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目前认为，松散沉积物的降水入渗有两种方式两种方式：均匀砂土层均匀砂土层活塞式活塞式 (piston/diffuse)含裂隙的土层含裂隙的土层捷径式捷径式 (bypass)活活塞塞式式:指指入入渗渗水水的的湿湿锋锋面面

4、整整体体向向下下推推进进，犹犹如如活活塞塞式的运移式的运移。捷捷径径式式：指指入入渗渗水水通通过过大大的的孔孔隙隙通通道道优优先先入入渗渗的的情情况。况。Company Logo7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给湿湿锋锋面面t1t2地面地面潜水面潜水面v活塞式活塞式 捷径式捷径式Company Logo1 1、大气降水入渗机制、大气降水入渗机制v“活塞式活塞式”入渗入渗 适用条件：适用条件：均匀的砂土层均匀的砂土层降水降水初期初期 t1：土土层层干干燥燥，毛毛细细负负压压很很大大，吸吸水水能能力力很很强强，雨雨水水下下渗快，下渗速率大渗快，下渗速率大降水降水延

5、续延续 t2 ：土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，下渗趋于稳定下渗趋于稳定渗润阶段渗润阶段渗漏与渗透阶段渗漏与渗透阶段降水降水再持续再持续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，含水量获得补给，潜水位上升含水量获得补给，潜水位上升7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给降水入渗速率水分分布曲线转页Company Logo入渗速率随时间的变化入渗速率随时间的变化KCompany Logo下渗过程水分分布下渗过程水分分布渗润阶段渗润阶段渗漏、渗透阶段渗漏、渗透阶段Company Logo

6、降水入渗过程降水入渗过程湿湿锋锋面面t1t2地面地面潜水面潜水面Company Logo7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给1 1、大气降水入渗机制、大气降水入渗机制v“捷径式捷径式”下渗下渗 空隙大小极悬殊空隙大小极悬殊 捷径式下渗，新水捷径式下渗，新水可以超过老水，优可以超过老水，优先达含水层；先达含水层；捷径式下渗，包气捷径式下渗，包气带不必达到饱和即带不必达到饱和即可补给下方含水层。可补给下方含水层。捷径式下渗图捷径式下渗图Company Logo2 2、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素P=P=R Rs s +E+S+E+S+q qS S气候因素（

7、气候因素（P P，E E）：降水总量降水总量,降水强度降水强度,降水频率；降水频率；降水延续时间降水延续时间总总量量大大，强强度度适适中中，间间隔隔短短，时时间长的绵绵细雨最有利。间长的绵绵细雨最有利。温温度度适适中中，温温差差较较小小，相相对对湿湿度度大，蒸发强度小。大，蒸发强度小。地形地形:高与低，陡与缓高与低，陡与缓包气带岩性包气带岩性:渗透性愈大则愈有利渗透性愈大则愈有利包包气气带带厚厚度度或或地地下下水水位位埋埋深深：深深与与浅浅其他：其他：植被植被RsEPSqs7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给Company Logo7.1.1 7.1.1 大气降

8、水对地下水的补给大气降水对地下水的补给3 3、补给量的确定方法、补给量的确定方法平原区一般采用入渗系数法（平原区一般采用入渗系数法（）降水入渗系数降水入渗系数多用年平均值表示多用年平均值表示由经验与实验等方法得出由经验与实验等方法得出 全年降水入渗补给量：全年降水入渗补给量：Q =P Q =P F F 1000 1000 m m3 3/a/a，mmmm，无量纲，无量纲，kmkm2 2降水入渗系数可用降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪入渗试验仪、地中渗透仪来测定来测定自自学学书书中中P69-70,P69-70,介介绍绍了了水水位位动动态态法法和和山山区区降降水水入入渗渗确确定定方法方法 Co

9、mpany Logo双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环注水法双环注水法-剖面图剖面图连续降水连续降水Company Logo地中渗透仪结构图地中渗透仪结构图Company Logo7.1.2 7.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给v地表水对地下水的补给（要求以自学为主）地表水对地下水的补给（要求以自学为主）v地表水体地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源v河流补给河流补给:因地而异（空间上），不同部位补排关系；因地而异（空间上），不同部位补排关系；因时而异（时间上），不同季节补排关系因时而

10、异（时间上），不同季节补排关系比较比较长年性河流长年性河流与与季节性河流季节性河流对地下水的补给的异同点？对地下水的补给的异同点？河流补给的主要影响因素有哪些？河流补给的主要影响因素有哪些？透水河床长度与浸水周界的乘积、透水性、水位差、过水时间等。透水河床长度与浸水周界的乘积、透水性、水位差、过水时间等。如何确定河水对地下水的补给量？如何确定河水对地下水的补给量？上下游断面流量测定上下游断面流量测定。v地表水补给地下水的地表水补给地下水的必要条件必要条件有哪些？有哪些？有水力联系；地表水水位高于地下水水位有水力联系；地表水水位高于地下水水位v潜水与承压水接受潜水与承压水接受大气降水与地表水大气

11、降水与地表水的差异？的差异？季节性河流河流不同部位Company Logo季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水Company Logo河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系地上河地上河Company Logo7.1.3 7.1.3 含水层之间的补给含水层之间的补给含水层之间的补给含水层之间的补给v越越流流地地下下水水量的内部转化量的内部转化v潜潜水水承承压压水水之之间的补给间的补给v思考题：思考题：图图7-117-11（右右图图）中中泉泉水水的的大大小小与与哪些因素有关！哪些因素有关！越流Company Logo越流越流（LeakageLeakag

12、e）：具有一定水头差的相邻含水层，通）：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经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层越流量如何计算？越流量如何计算？P73PCompany Logo 含水层通过含水层通过钻孔钻孔发生水发生水力联系力联系 地下水的其它补给来源地下水的其它补给来源？自学？自学p74含水层通过含水层通过导水断层导水断层发生水力联系发生水力联系含水层之间的水力联系含水层之间的水力联系Company Logo7.2 7.2 地下水的排泄地下水的排泄地下水的排泄地下水的排泄v地

13、下水排泄的研究包括：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、影响因素、排泄量的确定v排泄方式：排泄方式：泉泉（点状点状排泄）排泄）向地表水体向地表水体泄流泄流（河流（河流线状线状）向向相邻含水层相邻含水层的的排泄排泄蒸发（蒸发（面状面状排泄）排泄）v前三种排泄方式称为前三种排泄方式称为径流排泄径流排泄，与，与蒸发排泄蒸发排泄的的区别区别：径流排泄：径流排泄：水分（盐分）呈液态同时排出水分（盐分）呈液态同时排出,盐随水去。盐随水去。蒸发排泄：蒸发排泄：水分呈气态排出，盐分积累下来，水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐水去盐留。留。7.2.1 泉泉 springv泉泉的的定

14、定义义：是是地地下下水水的的天天然然露露头头，在在地地形形面面与与含含水水层层或或含含水水通通道道相相交交点点，地地下下水水出出露露成成泉泉，多多为为“点点”状状，属属径径流排泄。流排泄。v泉泉的的类类型型：据据补补给给泉泉的的含含水水层层性性质质可可将将泉泉划划分分为为上上升升泉泉、下降泉下降泉两大类。两大类。1.1.下降泉下降泉(出露潜水含水层中的泉）出露潜水含水层中的泉）根据出露条件又将下降泉分为：根据出露条件又将下降泉分为：侵蚀泉：侵蚀泉：地形切割到潜水面地形切割到潜水面接触泉：接触泉：地形切割至隔水底板地形切割至隔水底板溢流泉：溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉水流在前方受

15、阻，水位抬升，而溢流成泉下降泉Company Logo下降泉下降泉 侵蚀泉：侵蚀泉：a a、b b地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉：接触泉：c c地形切割至隔水底板地形切割至隔水底板 溢流泉：溢流泉：d d、e e、f f、g g水流在前方受阻，水水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉位抬升，而溢流成泉（透水性变弱、隔水透水性变弱、隔水地板隆起地板隆起）Company Logo上升泉上升泉2.上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉根据出露条件分为：上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉侵蚀泉h，断层泉，断层泉i，接触带泉，接触带泉j下降泉下降泉Company Lo

16、go7.2.1 泉泉 spring3.3.研究泉的意义？研究泉的意义？直接直接得到水文地质资料；得到水文地质资料；间接间接分析出水文地质信息。分析出水文地质信息。通通过过泉泉的的出出露露标标高高、流流量量、动动态态、温温度度、水水化化学学，可可以以综合分析与泉水成因有关综合分析与泉水成因有关地质、水文地质条件：地质、水文地质条件：确定地下水位标高；确定地下水位标高；利利用用泉泉的的流流量量大大小小，判判别别岩岩层层的的含含水水性性（透透水水性性），确确定定含水层和隔水层含水层和隔水层；确定含水岩层的补给，确定含水岩层的补给，地下水循环深度（泉的温度）地下水循环深度（泉的温度）；判别地质构造、断

17、层及其导水性；判别地质构造、断层及其导水性；根据泉流量大小或水化学，判别地下水补给与径流条件根据泉流量大小或水化学，判别地下水补给与径流条件；供水水源（直接利用）供水水源（直接利用）。Company Logo山东济南百脉泉山东济南百脉泉在实际中泉的成因与定名是比较难判定的在实际中泉的成因与定名是比较难判定的P76-77为济南泉群成因条件分析为济南泉群成因条件分析-请自学请自学Company Logov河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流v地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定（选定

18、一断面，定期测量河水流量）（选定一断面，定期测量河水流量）7.2.2 7.2.2 泄流泄流泄流泄流Company Logo7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾 蒸发与蒸腾蒸发与蒸腾 e evaporation&evapotranspiration土面蒸发：土面蒸发：潜水通过包气带耗失水分潜水通过包气带耗失水分叶面蒸腾：叶面蒸腾：通通过过植植物物根根系系吸吸收收潜潜水水或或包包气气带带水水转转化化为为叶叶面面水水而蒸发消耗而蒸发消耗 （一株大的植物，犹如一台生物抽水机）（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）Company Logo7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾1、土面蒸发过程

19、、土面蒸发过程v包包气气带带水水分分直直接接耗耗失失降降低低包包气气带带水水分分含含量量，加加大大亏亏损损量量，潜潜水水通通过过支支持持毛毛细细水水带带将将水水传传输输到到包包气气带带蒸蒸发发，使使地下水位下降。地下水位下降。v毛毛细细上上升升速速度度:蒸蒸发发速速度度大大于于毛毛细细水水上上升升速速度度，则则支支持持毛毛细细水水带带下下降降，V VC C上上升升，至至蒸蒸发发速速度度V VE EVVC C时时，维维持持稳稳定定的的蒸蒸发发排排泄泄，排排泄泄的的结结果果，水水分分不不断断消消耗耗，地地下下水水位位下下降，盐分不断积累在土层上部！降，盐分不断积累在土层上部！Company Log

20、oL有有蒸蒸发发无无蒸蒸发发土面蒸发过程土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程毛细水上升消耗过程 Company Logo7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素蒸发和蒸腾的影响因素1.1.气候因素：气候因素：干干燥燥，气气温温高高，蒸蒸发发量量愈大愈大2.2.地下水位埋深：地下水位埋深：超过蒸发极限深度超过蒸发极限深度则蒸发则蒸发0 0如如：华华北北地地区区，水水位位埋埋深深5m5m，基本不考虑蒸发，基本不考虑蒸发干干旱旱地地区区，极极限限水水位位埋埋深深大；湿润地区极限埋深小大；湿润地区极限埋深小3.3.包气带岩性：包气带岩性：Company Logo7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾的影响

21、因素蒸发和蒸腾的影响因素3.3.包气带岩性：包气带岩性：包气带岩性主要通过其对毛细上升高度与速度的控制包气带岩性主要通过其对毛细上升高度与速度的控制而影响潜水蒸发而影响潜水蒸发蒸发与毛细上升速度蒸发与毛细上升速度 VcVc=K=KI I 有关有关 问：问：容易产生盐碱化的是哪类土？容易产生盐碱化的是哪类土？岩性岩性砂砾石砂砾石粉砂粉砂亚砂亚砂粘土粘土K K大大中中小小极小极小h hc c小小/极小极小中中大大很大很大V Vc c小小大大中中小小Company Logo7.2.4 7.2.4 蒸发量的测定方法蒸发量的测定方法地中渗透仪地中渗透仪潜水位动态潜水位动态经验公式经验公式地地 中中 渗渗

22、 透透 仪仪 结结 构构 图图测蒸发量测蒸发量Company Logo7.2.5 7.2.5 地下水的补给和排泄对水质的影响地下水的补给和排泄对水质的影响地下水的补给和排泄对水质的影响地下水的补给和排泄对水质的影响 v1、地下水循环分类、地下水循环分类 根据地下水的补、排特征，地下水循环分根据地下水的补、排特征，地下水循环分为两类：为两类：渗入渗入径流型循环：径流型循环：入渗补给，径流排泄（泉、泄流等入渗补给，径流排泄（泉、泄流等）为主。）为主。渗入渗入蒸发型循环：蒸发型循环：入渗补给，蒸发排泄为主。入渗补给，蒸发排泄为主。v2、地下水的补、排对水质的影响、地下水的补、排对水质的影响 对于渗入对于渗入径流型循型：径流型循型：排泄时，由于水、盐同时带排泄时，由于水、盐同时带走，长期走，长期循型循型的结果是易溶组分流失，水质向淡化的方的结果是易溶组分流失，水质向淡化的方向发展。向发展。对于渗入对于渗入蒸发型循环：蒸发型循环：排泄时，由于水走，盐留，排泄时，由于水走，盐留，长期长期循型循型的结果是，水质向咸化的方向发展。的结果是，水质向咸化的方向发展。第七章结束第七章结束Company Logo本章内容本章内容 7.1 地下水的补给地下水的补给7.2 地下水的排泄地下水的排泄Company Logo