水文地质课件习题七 地下水的补给与排泄
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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。
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。
径流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与排泄
一.选择题
1.有关地表接受降水入渗能力和入渗速率的描述正确的是:()
A)地表接受降水入渗能力初期较小,逐渐变大。
B)地表接受降水入渗能力是一个定值。
C)降水入渗速率是逐渐变小的,最后变为零。
D)降水入渗能力和入渗速率随着降雨延续逐渐趋于某一定值。
2.关于地下水补给入渗方式正确的描述是:()
A)在粘性土中都是捷径式下渗。
B) 地下水补给入渗方式要么是活塞式下渗,要么是捷径式下渗。
C)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;
D)对于捷径式下渗,入渗水必须先补充包气带水分亏缺,然后才可下渗补给含水层。
3.判断下面各图所代表的泉的类型
(a)图();(b)图();(c)图();(d)图();(e)图();(f)图()。
A)侵蚀泉
B)接触泉
C)溢流泉
D)接触带泉
4. 判断下面各图所代表的泉的类型
(g)图();(h)图();(i)图();(j)图()。
A)侵蚀泉
B)接触带泉
C)溢流泉
D)断层泉。
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 ))。
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。
习题七 地下水的补给与排泄
一、名词解释
1.地下水补给:含水层或含水系统从外界获得水量的过程。
2.入渗系数:每年总降水量补给地下水的份额。
3.凝结作用:温度下降,超过饱和湿度的那一部分水汽,便凝结成水,这种由气态水转化为液态水的过程。
4.越流:相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换。
5.地下水排泄:含水层或含水系统失去水量的过程。
6.泉:地下水的天然露头。
7.上升泉:由承压含水层补给形成的泉。
8.下降泉:由潜水或上层滞水补给形成的泉。
9.侵蚀(下降)泉:当沟谷切割揭露含水层时形成的泉。
10.接触泉:地形切割达到含水层隔水底板时,地下水被迫从两层接触处形成的泉。
11.溢流泉:潜水流前方透水性急剧变弱,或隔水底板隆起,潜水流动受阻而涌溢于地表形成的泉。
12.断层泉:地下水沿导水断层上升,在地面高程低于水位处涌溢地表形成的泉。
13.接触带泉:岩浆或侵入体与围岩的接触带,常因冷凝收缩而产生隙缝,地下水沿此类接触带上升形成的泉。
14.地下水的泄流:当河流切割含水层时,地下水沿河呈带状排泄,称作地下水泄流。
15.蒸腾:植物生长过程中,经由根系吸收水分,在叶面转化成气态水而蒸发,称蒸腾。
二、填空
1.地下水补给的研究包括 补给来源、补给条件 与 补给量 。
2.地下水的天然补给来源有 大气降水、地表水、凝结水、其它
含水层或含水系统的水。
3.与人类活动有关的地下水主要补给源有 灌溉回归水、水库渗漏水、以及专门性的 人工补给 。
4.落到地面的降水,归根结底的三个去向是 转化为地表径流、腾发返回大气圈 和 下渗补给含水层 。
5.影响大气降水补给地下水的因素主要有 年降水总量、降水特征、包气带岩性和厚度、地形 和 植物 。
6.研究含水层的排泄包括 排泄去路、排泄条件 与 排泄量 等。
7.地下水的天然排泄方式有 泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层的排泄。
8.根据补给泉的含水层性质,可将泉分为 上升泉 及 下降泉 两大类。
9.根据泉的成因,下降泉可分为 侵蚀(下降)泉、接触泉 与溢流泉。
10.上升泉按其成因可分为 侵蚀(上升)泉、断层泉 与 接触带泉 。
11.影响潜水蒸发的因素是 气候、潜水埋深、包气带岩性 及 地下水流动系统的规模。
12.将补给、排泄结合起来,我们可以将地下水循环划分为 渗入-径流型 和 渗入-蒸发型 两大类。
三、判断题
1.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。
( √ )
2.活塞式下渗始终是"老"水先到含水层。
( √ )
3.捷径式下渗始终是"老"水先到含水层。
( × )
4.降水补给地下水的量与降水强度没有关系,只与降水量的大小有关。
( × )
5.河水补给地下水时,补给量的大小与透水河床的长度与浸水周界的乘积、河床透水性成正比。
( √ )
6.当河水与地下水有水力联系时,河水补给地下水的量与河水位与地下水位的高差呈反比。
( × )
7.利用天然潜水位变幅确定入渗系数,一般要求研究区地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱、不受开采影响。
( √ )8.相邻含水层之间水头差愈大、弱透水层厚度愈小、垂向透水性愈好,则单位面积越流量便愈大。
( √ )
9.昼夜温差越大,产生的凝结水量越大。
( √ )
10.判断泉是上升泉还是下降泉,只根据泉口的水是否冒涌来判断即可,不必考虑含水层是潜水含水层还是承压含水层。
( × )11.气候俞干燥,相对湿度越小,潜水蒸发便愈强烈。
( √ )12.砂最大毛细上升高度太小,而亚粘土与粘土的毛细上升速度又太低,均不利于潜水蒸发。
粉质亚砂土组成的包气带,最有利于潜水蒸发。
( √ )
13.地下水的泄流是地下水沿河流呈带状排泄。
( √ )
14.地下水以径流排泄为主时,其含盐量较低,以蒸发排泄为主时,其含盐量较高。
( √ )
15.越流系统包括主含水层、弱透水层以及相邻含水层或水体。
( √ )
16.在越流系统中,当弱透水层中的水流进入抽水层时,同样符合水流折射定律。
( √ )
四、简答题
1.地下水补给的研究内容有哪些? 地下水的补给来源有哪些?
研究内容:补给来源、补给条件、补给量。
补给来源有:大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统和人工补给。
2.松散沉积物中存在哪两种降水入渗形式? 二者有什么不同?
两种形式为:捷径式和活塞式。
两者不同点:
(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。
3.河水补给地下水时,补给量的大小取决于哪些因素?
(1) 透水河床的长度与浸水周界的乘积;
(2) 河床透水性;
(3) 河水位与地下水位的高差;
(4) 河床过水时间。
4.大气降水与地表水是地下水的两种补给来源,从空间和时间分布上二者有什么不同?
空间分布看,大气降水属于面状补给,范围普遍且较均匀;地表水则可看作线状补给,局限于地表水体周边。
时间上,大气降水持续时间有限而地表水体持续时间长或是经常性的。
5.含水层之间进行水量交换时,必须具备有水力联系,常见的联系形式有哪几种?
(1) 直接接触
(2) 天窗;
(3) 导水断层;
(4) 止水不良的钻孔;
(5) 越流。
6.地下水排泄的研究内容和地下水的排泄方式有哪些?
研究内容:排泄去路、排泄条件、排泄量。
排泄方式有:泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层
或含水系统、人工排泄。
7.简述泉的分类?
据补给泉的含水层的性质,将泉分为上升泉和下降泉。
具出露原因,下降泉可分为侵蚀(下降)泉、接触泉与溢流泉;上升泉可分为侵蚀(上升)泉、断层泉与接触泉。
8.地下水的补给与排泄对地下水的水质是如何影响的?
地下水补给对水质的影响主要取决于补给源的水质。
径流排泄是盐随水走;蒸发排泄是水走盐留。
五、论述题
1.影响大气降水补给地下水的主要因素有哪些? 如何影响 ?
影响因素有:年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被等。
降水总量大,降水强度适中,包气带岩性粗和厚度小,地形平缓,植被较茂盛时,降水补给地下水的量大;反之,降水总量小,降水强度太小或太大,包气带岩性细或厚度大,地形较陡,植被较稀疏时,降水补给地下水的量少。
2.影响河水补给地下水的主要因素有哪些? 如何影响 ?
影响因素有:透水河床的长度与浸水周界的乘积、河床透水性、河水位与地下水位的高差、河床过水时间。
透水河床的长度与浸水周界的乘积越大,河床透水性愈强,河水位与地下水位的高差愈大,河床过水时间愈长,补给量愈大;反之,愈小。
3.平原区确定入渗系数的常用方法有哪几种? 各方法的使用条件是什么 ?
地中渗透仪法,适用范围较广;
天然潜水位变幅法,适用于研究区地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱,不受开采影响的地段里。
4.画图说明泉的分类?
1—透水层;2—隔水层;3—坚硬基岩;4—岩脉;5—风化裂隙;6—断层;
7—潜水位;8—测压水位;9—地下水流向;10—下降泉;11—上升泉
5.影响地下水蒸发的因素有哪些? 如何影响 ?
影响因素有:气候、潜水埋深、包气带岩性、地下水流动系统的规模。
气候愈干燥,潜水埋深愈浅,粉质亚砂土、粉砂等组成的包气带,地下水流动系统的排泄区,蒸发作用强烈;反之,蒸发作用弱。
6.有一潜水含水层,潜水位为100m,其下部有一承压含水层,测压水头为80m,二含水层之间有一层10m厚的弱透水层,其垂向渗透系数为0.001m/d,试计算单位时间水平面积上的越流量。
7.一潜水含水层,潜水位为80m,其下部有一承压含水层,测压水头为70m,二含水层之间有一层5m厚的弱透水层,测得单位水平面积上的越流量为0.01 m3/d,试计算弱透水层的垂向渗透系数。