第八章地下水的補給與排泄課件

第八章地下水的補給與排泄第1節(jié)地下水的補給一、概述補給含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程。補給過程的變化獲得水量增加勢能；獲得鹽分，能量、熱量、水化學與水溫發(fā)生變化。研究補給的內容補給來源、機制、影響因素與補給量。補給源大氣降水、地表水、凝結水，其它含水層或含水系統(tǒng)的水、人類的相關補給（灌溉回歸水、水庫滲漏水、專門性的人工補給）。第八章地下水的補給與排泄第1節(jié)地下水的補給1第八章地下水的補給與排泄第1節(jié)地下水的補給一、概述排泄含水層或含水系統(tǒng)向外界釋放水量的過程。排泄過程的變化釋放水量降低勢能；鹽量和能量等也隨之減少。研究排泄的內容排泄去路、機制、影響因素及排泄量。排泄去路（排泄方式）溢流地表成泉、向地表水泄流、土面蒸發(fā)及植物蒸騰以及人工排泄（其規(guī)模越來越大，受到重視）。第八章地下水的補給與排泄第1節(jié)地下水的補給2第八章地下水的補給與排泄第1節(jié)地下水的補給一、概述地下水存在兩類水質演變方向不同的排泄方式：（1）鹽隨水去。鹽隨水去的徑流排泄，導致地下水及土壤不斷淡化；（2）水去鹽留。水去鹽留的蒸散排泄，導致地下水及土壤不斷鹽化。兩類不同的排泄方式，對地下水所支撐的水文系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產生深刻影響。沒有了補給和排泄，地下水將是“沒有生命”的一潭死水，地下水支撐的相關水文系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)將無法正常運行。第八章地下水的補給與排泄第1節(jié)地下水的補給3二、大氣降水對地下水的補給（一）大氣降水入滲機制—松散沉積物

兩種方式：活塞式、捷徑式1、活塞式在較為理想的均質砂層地下水中，由于空隙均勻、當降水強度較小時，入滲水整體下滲，其濕鋒面整體向下推進，猶如活塞運移的入滲方式進行。第八章地下水的補給與排泄二、大氣降水對地下水的補給第八章地下水的補給與排泄4二、大氣降水對地下水的補給2、捷徑式由于孔隙大小的差異，當降水強度較大，入滲水將沿著滲透性良好的大孔隙通道優(yōu)先下滲，同時向下滲通道周圍擴散。在接受連續(xù)入滲補給后，大通道的入滲水將優(yōu)先到達地下水面。二、大氣降水對地下水的補給5二、大氣降水對地下水的補給（二）降水入滲過程包氣帶含水量的變化

t0（初期）—t1（中期）—t2（后期）—t3（結束）W0

殘留含水量WS飽和含水量二、大氣降水對地下水的補給W0殘留含水量WS飽和含6三、大氣降水補給地下水的影響因素(一)地表降水的三個去向大氣圈地面包氣帶水分滯留含水層獲得補給蒸發(fā)降水入滲地表徑流（降水>入滲速度）三、大氣降水補給地下水的影響因素大氣圈地面包氣7（二）平原區(qū)降水入滲的補給量方程

qx=X–D–ΔSqx降水入滲補給含水層量

X年降水總量

D地表徑流量

ΔS包氣帶水分滯留量降水入滲補給系數，無因次。入滲系數，通常為0.2—0.4，南方巖溶地區(qū)達0.8，西北干旱沙漠地區(qū)趨于0。（二）平原區(qū)降水入滲的補給量方程8(三)影響大氣降水補給地下水的的因素1、降水量降水的一部分首先補足水分虧損，然后補給地下水。年降水量的多少直接影響補給量的多少。降水入滲系數年降水量潛水埋深關系圖（河北）(三)影響大氣降水補給地下水的的因素降水入滲系數9(三)影響大氣降水補給地下水的的因素2、降水特征間歇性的小雨只濕潤土壤表層而又受蒸發(fā)及蒸騰返回大氣，不構成地下水的有效補給。集中式暴雨降水強度超過地面入滲能力而部分轉化為地表徑流，入滲系數偏低。連綿細雨不超過地面入滲速率，是最有利的補給方式。α（入滲系數）降水強度（單位時間內降水量）間歇小雨連綿細雨集中暴雨(三)影響大氣降水補給地下水的的因素α（入滲系數）降水強度（10(三)影響大氣降水補給地下水的的因素3、包氣帶滲透性（巖性）與厚度砂土砂壤土壤土粘土累積入滲量mm20010024h時間0滲透性與滲透量的關系(三)影響大氣降水補給地下水的的因素砂土砂壤土壤土粘土累積入11(三)影響大氣降水補給地下水的的因素3、包氣帶滲透性（巖性）與厚度過淺或過深降水入滲系數都不大；2-2.5米后，地下水埋藏越深，入滲系數呈減小趨勢。(三)影響大氣降水補給地下水的的因素過淺或過深降水入滲系數都12(三)影響大氣降水補給地下水的的因素4、植被覆蓋率影響古老牧場4－8年牧場草地裸地累積入滲量mm603060min時間0植被對入滲量的影響(三)影響大氣降水補給地下水的的因素古老牧場4－8年牧場草地13(三)影響大氣降水補給地下水的的因素5、地形的影響降水強度<入滲強度，地形坡度不產生影響；

降水強度>入滲強度，地形坡度將產生影響；這時：坡陡：轉化為地表徑流的份額越多，不利于補給地下水；坡緩：轉化為地表徑流的份額越少，利于補給地下水。(三)影響大氣降水補給地下水的的因素14(三)影響大氣降水補給地下水的的因素6、接受補給區(qū)的面積接收大氣降水補給區(qū)面積越大，降水越多，越利于地下水入滲；相反，如果面積越小，降水越少，越不利于地下水入滲，所以補給量越小。

總之，降水時間越長，降水強度適中，包氣帶厚度適中，坡度平緩，補給區(qū)分布面最廣，植被較好，大氣降水補給地下水越多。其中降水時間、強度及包氣帶厚度起決定性作用。(三)影響大氣降水補給地下水的的因素15四、地表水對地下水的補給（一）不同地段河流對地下水的補給——以常年性河流為例1、山區(qū)深切河谷

排泄地下水，河流得到補給。四、地表水對地下水的補給16四、地表水對地下水的補給2、山前河流

由于堆積作用，河床高，地表水常年補給地下水。四、地表水對地下水的補給17四、地表水對地下水的補給3、沖積平原河流（中游）補給排泄關系，隨季節(jié)而定。四、地表水對地下水的補給18四、地表水對地下水的補給4、地上河

補給地下水；一般河洪補枯排。四、地表水對地下水的補給19第八章地下水的補給與排泄ppt課件20開封柳園口懸河開封柳園口懸河21山東境內黃河山東境內黃河22（二）河流對地下水補給的過程－以間歇河流為例1、汛期開始以垂直入滲為主，河下形成條帶地下水丘。2、中期，水丘水位不斷抬高，與河水連成一體。3、汛期結束，潛水位普遍抬高。（二）河流對地下水補給的過程－以間歇河流為例23（三）河流補給地下水的影響因素

1、河床面積；

2、河床透水性；

3、河床水位與地下水位之差。（四）河流補給地下水的水量的確定

Q補=(Q上游-Q下游)t1、不適用地下河發(fā)育地帶；

2、不適用有泉的地帶；

3、不適用河流排泄地下水的地帶；

4、不適用河床尚未潤濕的時間段。（三）河流補給地下水的影響因素24（五）承壓含水層接受降水補給的特點1、含水層出露于地表或與地表連通處接受補給；2、匯水面積較潛水??；3、徑流長度長；4、受到地質構造和地形及含水層分布等地質特征影響。（五）承壓含水層接受降水補給的特點25高出出露點獲補給出露低洼處在匯水面積內獲補給通過導水斷層獲補給潛水的補給受匯水面積控制含水層的補給區(qū)f與匯水區(qū)F高出出露點獲補給出露低洼處通過潛水的補給含水層的補給區(qū)f與匯26五、大氣降水及河水補給地下水水量的確定（一）平原區(qū)大氣降水入滲補給量1、計算公式

Q=PαF*1000Q年降水入滲補給量(m3/a)P年降水量(mm)

α

入滲系數

F補給區(qū)域面積（Km2)五、大氣降水及河水補給地下水水量的確定272、α值的確定（1）地中滲透儀法直接測定入滲補給量qx（2）利用潛水位變化確定

給水度潛水位抬升高度

2、α值的確定28五、大氣降水及河水補給地下水水量的確定（二）山區(qū)降水入滲量

由于山區(qū)地表水與地下水之間相互轉化，因此單獨求出降水入滲量很困難。同時由于山區(qū)通常以較大的河流或大泉集中排泄，所以通?？赏ㄟ^排泄量反求補給量。

Q

地下水排泄量（泉的排泄量、河流的基流量）(m3/a)

f

匯水面積（Km2)P

年降水量(mm)五、大氣降水及河水補給地下水水量的確定29六、凝結水的補給特點：1、晝夜溫差大（撒哈拉大沙漠晝夜溫差50℃）。2、夜間土壤（沙層）溫度低，首先自身凝結出水，其次是大氣層凝結出水（敦煌壁畫受到凝結水的破壞）。六、凝結水的補給30七、含水層之間的補給1、承壓水補給潛水七、含水層之間的補給31七、含水層之間的補給2、潛水補給承壓水七、含水層之間的補給32七、含水層之間的補給3、松散沉積物中含水層通過“天窗”和越流補給七、含水層之間的補給33七、含水層之間的補給4、含水層通過導水斷裂發(fā)生聯(lián)系七、含水層之間的補給34七、含水層之間的補給5、含水層通過鉆孔發(fā)生聯(lián)系七、含水層之間的補給35七、含水層之間的補給6、含水層通過弱透水層越流補給MHAHBAB主含水層補給含水層七、含水層之間的補給MHAHBAB主含水層補給含水層36七、含水層之間的補給越流補給量計算

K弱透水層垂向滲透系數

HA補給含水層水頭

HB主含水層水頭

M弱透水層厚度七、含水層之間的補給37八、人類對地下水補給的影響補給方式：1、建造水庫打破地殼重力場的分布，小型地震；2、灌溉農田地下水位抬高，土壤鹽漬化（灌溉回歸水：灌溉滲透補給含水層的水量）。3、工業(yè)生活廢水的排放：地下水受污染。4、有計劃、有措施人工補給其用途：（1）豐水年或雨季水資源儲存；（2）儲存冷源（空調用水）；（3）控制地面沉降；（4）防止海水倒灌或咸水入侵淡水層；（5）水質凈化。八、人類對地下水補給的影響38第2節(jié)地下水的排泄一、概述地下水排泄含水層失去水量的過程。排泄過程的變化排泄的含水層的水質、水位等也發(fā)生相應變化。研究含水層的排泄內容排泄途徑、排泄條件與排泄量等。

排泄方式泉、河流等地表水體、蒸發(fā)、蒸騰、其他含水層含水層、井孔抽汲、渠道坑道等排泄地下水。第2節(jié)地下水的排泄一、概述39第2節(jié)地下水的排泄二、泉泉是地下水的天然露頭。泉類型根據補給泉的含水層的性質，泉分為上升泉及下降泉兩大類。上升泉由承壓含水層補給。下降泉由潛水或上層滯水補給。下降泉類型據出露原因分為侵蝕泉、接觸泉與溢流泉。侵蝕(下降)泉溝谷切割揭露潛水含水層的潛水面時所形成的泉。侵蝕泉第2節(jié)地下水的排泄二、泉侵40第2節(jié)地下水的排泄二、泉接觸泉地形切割達到潛水含水層隔水底板時，地下水被迫從兩層接觸處出露所成的泉。由于滑坡體破碎、透水性良好，而滑坡床相對隔水，于滑坡體前緣形成接觸泉。第2節(jié)地下水的排泄二、泉41溢流泉隔水底板隆起或透水性急劇變弱的潛水含水層，導致水流動受阻而涌溢于地表所成的泉。溢流泉隔水底板隆起或透水性急劇變弱的潛水含水層，導致水流42二、泉上升泉類型按出露原因可分為侵蝕(上升)泉、斷層泉及接觸帶泉。侵蝕(上升)泉當河流、沖溝等切穿承壓含水層的隔水頂板時，所形成的泉。二、泉43二、泉斷層泉承壓水沿導水斷層上升，在地面高程低于測壓水位處涌溢地表，所形成的泉。二、泉44二、泉接觸帶泉由于巖漿的動力作用和成巖的冷凝作用，在巖體邊部形成冷凝裂隙（成巖裂隙），同時圍巖近接觸帶附近形成構造裂隙，構成接觸帶裂隙，地下水沿此裂隙帶上升所成的泉。二、泉45濟南泉水成因地質示意圖1－下奧陶紀白云質灰?guī)r；2－中奧陶紀灰?guī)r；3－閃長巖及輝長巖；北部侵入體包圍奧陶紀灰?guī)r。南部灰?guī)r區(qū)巖溶發(fā)育匯聚降水構成補給區(qū)。受北部巖體的阻擋地下水匯于東南處，成“家家泉水”。泉城濟南地形、地質、水文地質條件分析濟南泉水成因地質示意圖北部侵入體包圍奧陶紀灰?guī)r。南部灰?guī)r區(qū)巖46

三、泉城濟南地形、地質、水文地質條件分析

在2.6km2出露106個泉，最大總涌水量5m3/s。市南為寒武奧陶系的單斜山區(qū)，地形與巖層均向北傾斜。市區(qū)北側為閃長巖及輝長巖侵入體，包圍奧陶紀灰?guī)r?；?guī)r區(qū)降水補給，受巖體的阻擋地下水匯于市東南處，成“家家泉水”。三、泉城濟南地形、地質、水文地質條件分析471、前震旦紀片麻巖、片巖；2、下寒武紀頁巖夾砂巖；3、中寒武紀鮞狀灰?guī)r；4、上寒武紀薄層灰?guī)r及頁巖；5、奧陶紀厚層灰?guī)r；6、燕山期花崗巖；7、第四系松散沉積物；8、斷裂；9、涌水量<1L/s；10、涌水量1-10L/s；11、涌水量>10L/s；12、溫泉；13、下降泉；14、上升泉四、據泉的出露情況及涌量，判斷巖層含水性1、前震旦紀片麻巖、片巖；四、據泉的出露情況及涌量，判斷巖層48四、據泉的出露情況及涌量，判斷巖層含水性1、片麻巖及花崗巖中，泉的數量多，涌水量小于1L/s，弱含水層。2、下寒武統(tǒng)頁巖夾薄層砂巖，只在斷層帶有個別小泉，結合巖性可判斷本層為隔水層，僅斷層帶局部導水。3、中寒武統(tǒng)為鮞狀灰?guī)r，出露泉不多，但泉涌水量可達l-10L/s，為較好的含水層。4、上寒武統(tǒng)僅出現個別小泉，結合其巖性分析，基本上可看作隔水層。5、奧陶紀厚層灰?guī)r區(qū)，一是地表水系不發(fā)育；二是泉的數量不多而涌水量大；三是泉水多出露于本層與其它地層接觸帶。說明奧陶紀灰?guī)r是補給區(qū)和最好的含水層。6、斷層的某些部位分布溫泉，說明斷層導水且水循環(huán)深度大。7、東南部在片麻巖與花崗巖的接觸帶，有一個上升泉，表明接觸帶某些部分是張開的。8、地下水集中排泄于河、湖或海的底部時，便形成水下泉。四、據泉的出露情況及涌量，判斷巖層含水性49五、泄流

泄流：當河流切割含水層時，地下水沿河呈帶狀排泄的現象稱為泄流。地下水補給地表水體時，除個別以水下泉（如湖泊、海洋）形式集中排泄外，大多數為分散的線狀泄流。在河流上選定斷面，定期測定河水流量，可得出河流流量過程線。泄流量計算：最簡單的分割方法在流量過程線起漲點A起引一線交于退水段的B點，相當于地下水泄流補給河水的量，稱作河流的基流。主要有三種方法，常用第一種方法，后兩種了解即可！五、泄流50

流量過程線分割法推測泄流量

1、直接分割法

A：起漲點，作平行線，交于退水線點B。流量過程線分割法推測泄流量512、庫捷林法—潛水與河水有直接聯(lián)系時QtABDFECFE:河水補給地下水2、庫捷林法—潛水與河水有直接聯(lián)系時QtABDFECFE:52

3、標準退水曲線法—潛水與河水無直接聯(lián)系時作圖步驟（1）作退水曲線的下包線。選同一測水斷面的流量過程線的退水段，橫軸重合同時使退水線尾部最大重合，下包線即是標準退水曲線。（2）標準曲線與實測退水曲線重合，從退水點A沿標準退水曲線后沿至C;B前沿至D。C：地下最高水位；D：地下最低水位。tQABtQCD3、標準退水曲線法—潛水與河水無直接聯(lián)系時tQABtQ53六、蒸發(fā)

干旱半干旱地區(qū)的細顆粒堆積平原和盆地，地下水埋藏深度較淺時，土面蒸發(fā)與葉面蒸騰是地下水的主要排泄方式。與地下水有兩種關系類型：一是與飽水帶無直接聯(lián)系的蒸發(fā)，另一是飽水帶—潛水的蒸發(fā)。

1、與飽水帶無直接聯(lián)系的蒸發(fā)包氣帶上部的水，不與潛水面發(fā)生直接聯(lián)系。水蒸發(fā)排泄造成包氣帶水分虧缺，影響飽水帶接受降水補給的份額，但不直接消耗飽水帶的水量。蒸發(fā)強度取決于氣候與包氣帶巖性。它會使土壤水發(fā)生季節(jié)性的濃縮，但在雨季又可得到降水補充而淡化，土壤在長期中不會累鹽，也不會使地下水鹽化。六、蒸發(fā)542、飽水帶—潛水的蒸發(fā)

當潛水面埋藏不深，支持毛細水帶上緣離地表較近時，潛水通過毛細上升作用補充支持毛細水，使蒸發(fā)得以持續(xù)進行。水分沿毛細管上升氣化蒸發(fā)，鹽分濃縮析出于毛細帶的上緣。降雨時，鹽分重新返回潛水。因此，強烈的潛水蒸發(fā)將使土壤漬化。

2、飽水帶—潛水的蒸發(fā)當潛水面埋藏不深，支持毛細水帶上緣553、影響潛水蒸發(fā)及地下水鹽化程度的因素

氣候、潛水埋藏深度及包氣帶巖性、以及地下水流動特征。（1）氣候愈干燥，蒸發(fā)強烈，礦化度高相對濕度常年小于50％的西北干旱地區(qū)，有的地方潛水礦化度可達100—300g/l；相對濕度經常保持在80％以上的川西平原，盡管地下水埋藏深度很小，但其礦化度也不到0.5g/l。3、影響潛水蒸發(fā)及地下水鹽化程度的因素56（2）潛水面埋深與蒸發(fā)量的關系

半干旱地區(qū)的河北石家莊市，潛水蒸發(fā)量與水位埋藏深度的關系如下圖。小于2m時，蒸發(fā)量顯著增大。但干旱地區(qū)山前埋深達數十米的潛水礦化度仍比較高，是干旱氣候下氣態(tài)蒸發(fā)的結果。石家莊（2）潛水面埋深與蒸發(fā)量的關系石57（3）包氣帶巖性通過對毛細上升高度與速度而影響潛水蒸發(fā)。砂最大毛細上升高度太小，而粘土與亞粘土的毛細上升速度又太低，均不利于潛水蒸發(fā)。粉質亞砂土、粉砂等組成的包氣帶，毛細上升高度較大，而毛細上升速度又較快，故潛水蒸發(fā)最為強烈。最大毛細上升高度粒徑粘土亞粘土粉砂中粗砂毛細上升速度（3）包氣帶巖性最大毛細上升高度粒徑粘土粉砂中粗砂毛細58（4）地下水流動特征

干旱、半干旱地區(qū)地下水的排泄區(qū)是蒸發(fā)濃縮作用最為強烈的地方。

區(qū)域性流動系統(tǒng)的排泄區(qū)由于能夠匯集更大范圍地下水中的鹽分，蒸發(fā)濃縮較局部流動系統(tǒng)排泄區(qū)更為發(fā)育。干旱、半干旱的平原與盆地，利用地表水大量灌溉引起潛水面抬升，潛水蒸發(fā)增強，造成次生的土地鹽漬化。（4）地下水流動特征59格爾木地區(qū)蒸發(fā)作用

位于格爾木河沖洪積扇上，沖洪積扇南臨昆侖山系的布爾達汗山和沙松烏拉山，北部為達布遜湖。達布遜湖格爾木地區(qū)蒸發(fā)作用