1、第七章地下水的补给与排泄地下水的补给 含水层或含水系统从外界获得水量的过程 地下水的径流 地下水从补给区向排泄区运动的过程 地下水的排泄 含水层或含水系统失去水量的过程 第一节地下水的补给地下水的补给 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 主要研究三个问题 1 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 2 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 3 补给量 含水层 含水系统 获得了多少水 一 大气降水入渗补给1 大气降水入渗机理 在松散层中大气降水下渗方式有两种 1 活塞式下渗活塞式下渗 入渗水的湿锋面
2、整体向下推进的入渗方式 分两个入渗阶段 a 土壤吸水阶段 降水入渗水用于补充水分亏缺 由于表土干燥 毛细负压大 毛细负压与重力共同作用使水下渗 入渗速率很大 b 稳定入渗阶段 湿锋面下渗到一定深度 重力水力梯度起主要作用 毛细水力梯度逐渐变小 入渗率趋于稳定值 入渗速率随时间的变化关系 大气降水入渗过程中包气带水分分布曲线 见下图 a 为降雨前的水分分布曲线 b 降雨期的水分分布曲线 c 降雨后水分到达地下水面的水分分布曲线 2 捷径式下渗捷径式下渗 入渗水的湿锋面首先沿渗透性强的大空隙通道快速向下推进的入渗方式 在粘性土中 常发育根孔 虫孔和裂缝等 当降水强度较大 细小孔隙来不及吸收全部水量
3、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 捷径式下渗与活塞式下渗的两点不同 1 活塞式下渗是年龄较新的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 这两点对于分析污染物质在包气带的运移很有意义 2 影响大气降水补给地下水的因素影响大气降水补给地下水的因素 降水特征 包气带特征 地形 植被等 大气降水落到地面 一部分转为地表径流 一部分被蒸发返回大气 一部分下渗
4、进入包气带 1 降水特征的影响降水特征包括 降水量 降水强度和降水持续时间 a 降水量的影响降水量 大气降水平铺在地面上所得水层厚度的毫米数 b 降水强度和时间的影响降水强度 单位时间内降水量的多少 mm h 降水历时 降水所持续的时间 2 包气带特征的影响包气带特征主要指包气带的厚度 岩性 透水性 对岩性 透水性越好 入渗速率越大 降水转化为地下水的量也越大 反之则小 对地下水埋深 通过实验研究 降水入渗补给量随地下水埋深的不同而不同 3 地形的影响 4 植被的影响植被的影响比较复杂 植被发育 土壤中有机质多 根系发育 有利于降水入渗 植被发育可以改善小气候 增加降水量 在干旱地区 植物蒸腾
5、消耗包气带的水分 3 大气降水入渗系数 1 降水入渗系数降水入渗系数 大气降水入渗补给地下水的份额 大气降水补给地下水的能力 属于补给条件 大小 常以降水入渗系数 表示 式中 qx 年大气降水的入渗量 mm X 年降水量 mm 显然 qx X D s D为地表径流深度 s 包气带水分滞留量 一般 0 2 0 5 2 降水入渗系数的求法a 地中渗透仪法 地中渗透仪的主要用途 降水入渗补给量 潜水蒸发量 凝结水量 b 潜水天然变幅法应用地下水长期动态观测资料 根据天然地下水位变化幅度求 选择符合下列条件的典型地段 没有开采 没有地表水补给 地下水水平径流和垂向越流及蒸发微弱 包气带岩性及地下水位埋
6、深有代表性 布置观测井 观测降水期间地下水位抬升值 然后测定水位变幅带的给水度 则 二 地表水对地下水的补给地表水存在于江 河 湖 海 库 池 塘 渠等地形洼地 地表水体补给地下水的条件 一是与地下水有水力联系 二是地表水位高于地下水位 1 河流补给地下水常年性河流的补给特征 纵剖面上四个部位的补排关系 间歇性河流的补给特征 汛期开始汛期汛期结束 2 影响河水补给地下水的因素河水补给地下水是连续性的饱和补给 其运动状态符合达西定律 Q K I河流补给量的大小取决于 透水河床的长度与湿周的乘积 过水断面 河床渗透性 河水位与地下水水位差 河床过水时间的长短 3 河流入渗补给量的确定平原地区 选择
7、符合下列条件的典型渗漏地段 无支流 无降水 无取水排水 河流两侧岩性均一 实测河段上 下游断面流量Q1和Q2 则渗漏量 Q为 Q Q1 Q2 t若Q1 Q2 为河水补给地下水 若Q1 Q2 为地下水补给河水 此法不适用于间歇性河流及侧向径流强烈 潜水位与河水位不相连的经常性河流 因为消耗于包气带的水量占相当比例 误差较大 4 大气降水和地表水补给地下水的区别 1 空间特征 大气降水面状补给 范围大而均匀 地表水体线状补给 范围限于水体周边 2 时间特征 大气降水持续时间短 地表水持续时间长或不间断 3 地下水位的动态特征 大气降水补给的地下水 水位随季节变化大 地表水补给的地下水 水位随季节变
8、化小 4 资源特征 大气降水补给的地下水 开采后补给不能加强 地表水补给的地下水 开采后 还可以进一步加强地表水的补给 5 承压含水层的补给地质构造与地形的配合 对承压含水层的补给影响极大 四 大气降水及河水补给地下水量的确定1 平原区大气降水入渗补给量 Q 的确定Q X F 1000 m3 式中 X 降水量 mm 在气象部门获得 降水入渗系数F 补给面积 m2 2 山区大气降水与河水入渗量的确定用地下水排泄量来代替大气降水入渗量 1 若该山地没有河水外排 只有泉或泉群排泄地下水 即可用所有泉水流量之和作为地下水的排泄量 即大气降水入渗补给地下水的量 2 干旱季节 常年流水河中没有地表径流注入
9、 则河流中的流量皆由地下水提供 称之为基流量 该基流量就是流域内地下水的排泄量 即干旱季节河流的基流量就是大气降水入渗补给地下水的量 获得基流量 Q 再求的该流域面积 F 收集到降水量 X 也可根据Q X F 1000求出入渗系数 Q F X 1000 这是山区求降雨入渗系数的一种方法 四 凝结水补给 五 含水层之间的补给必备的两个条件 缺一不可 1 水位差 接受补给者水位较低 2 透水通道 天窗 导水断层 钻孔 弱透水层等 补给方式两含水层相互连通产生直接补给 两含水层相互连通产生直接补给 通过切穿隔水层的导水断层进行补给 隔水层分布不连续 稳定时 在其缺失部位 相邻含水层便通过 天窗 发生
10、水力联系 穿过数个含水层的钻孔或止水不良的分层钻孔 往往成为含水层之间人为的联系通道 越流 相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换的过程 影响越流量大小的因素 1 两个含水层之间的水头差 2 弱透水层的透水性及厚度 越流补给量的确定 越流系数 当主含水层和供给越流的含水层间水头差为一个长度单位时 通过主含水层和弱透水层间单位面积界面上的水流量 越流补给的 三大 特点 1 驱动越流的水力梯度大 2 发生越流的面积大 3 越流量大 六 其它补给源1 地壳深部水分上移补给地下水 2 水库 坑塘 沟渠 浇地以及排放在环境中的工业废水和生活污水 都可能入渗补给地下水 3 专门性的人工回灌如 控制地面沉
11、降 水源热泵等 第二节地下水的排泄地下水的排泄 含水层或含水系统失去水量的过程 研究内容 排泄方式 排泄去路 排泄条件 排泄量 排泄方式包括 泉 点状排泄 河渠 线 带 状排泄 蒸发 蒸腾 面状排泄 越流 含水层之间的排泄 得水者为补 失水者为排 一 泉泉 地下水的天然露头 1 泉的类型 1 按补给泉水的含水层性质可分为 上升泉 下降泉 上升泉 由承压水补给的泉 下降泉 由潜水或上层滞水补给的泉 下降泉按成因可分为 侵蚀泉 接触泉 溢流泉侵蚀泉 沟谷切割到潜水含水层而形成的泉 A b 接触泉 地形面切割到含水层底板时 地下水从二者之间接触处流出的泉 C 溢流泉 潜水流动受阻而涌溢于地表所成的泉
12、 d e f g 上升泉按成因又可分为 侵蚀 上升 泉 断层泉 接触带泉 侵蚀 上升 泉 沟谷切割到承压含水层顶板形成的泉 h 断层泉 地下水通过导水断层上升而涌出地表的泉 i 接触带泉 地下水沿接触带上升而成的泉 j 下降泉 上升泉 二 泄流泄流 当河流切割含水层时 地下水沿河呈带状排泄的形式 泄流是地下水的一种排泄方式 它分散的排泄于地表水体 泄流量的求算方法与地下水补给河水量的求法相同 用断面测流法或分割河流流量过程线法 潜水总是向河流排泄时 有 简单分割法 标准退水曲线分割法 潜水与河水的补排关系随季节变化的分割 三 蒸发与蒸腾1 蒸发与蒸腾蒸发 是在一定条件下 地下水转变为气态水而耗
13、散的过程 蒸腾 植物根系吸收的地下水分通过叶面转化成气态水而耗散的现象 2 影响潜水蒸发的因素主要是 气候 潜水埋深 包气带岩性 透水性 和植被发育情况 气候干燥 潜水位埋深小 则土面蒸发强烈 反之蒸发强度小 包气带岩性的影响 主要是通过毛细上升高度和上升速度来控制蒸发作用的 植物的蒸腾作用对地下水量的消耗也相当可观 四 人工排泄人工开采地下水 供水 排水 往往成为地下水最主要的排泄方式 第三节地下水补给与排泄对地下水水质的影响1 补给的影响地下水补给对地下水水质的影响 主要取决于补给源的水质 补给源为大气降水 河水时 矿化度低 补给源为海水时 矿化度高 补给源为污水时 地下水中含有害物质 2 排泄的影响径流排泄 盐随水流走 矿化度低 蒸发排泄 水走盐留 矿化度高
