水文地质学基础第8章 地下水的补给与排泄

第七章地下水的补给与排泄第一节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。

补给研究包括补给来源、补给条件与补给量。

地下水补给来源有天然与人工补给。

天然补给包括大气降水、地表水、凝结水和来自其他含水层或含水系统的水；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（利用钻孔）。

一、大气降水对地下水的补给（1）大气降水入渗机制松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种（见图7－1）：活塞式下渗是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移如图7－1（a）。

图7—1活塞式与捷径式下渗（a）活塞式下渗；（b）捷径式与活塞式下渗的结合图7—2 降水入渗过程中包气带水分分布曲线—残留含水量；—饱和含水量活塞式下渗过程：a）雨季之前（）时，包气带水分分布曲线如图7—2（a）所示，近地表面水分出现亏缺。

b）雨季初期~时，入渗的降水首先补充包气带水分分布曲线的亏缺部分，如图7—2（a）和所示。

c）随着降雨的继续，多余的入渗水分开始下渗，近地表面出现高含水量带，水分分布特征如图7—2（b）时的状况；如果连续降雨高含水量带将向下推进，如果此时停止降雨，高含水量带的水分向下缓慢消散（如图7—2（b）所示）。

d）停止降雨后，理想情况下，包气带水分向下运移最终趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，含水层获得补给，地下水水位抬升，此时均质土包气带水分分布如图7－2（c）所示。

活塞式下渗是在理想的均质土中室内试验得出的。

实际上，从微观的角度看，并不存在均质土。

尤其是粘性土，捷径式入渗往往十分普遍。

捷径式入渗：当降雨强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，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，并沿下渗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。

如图7－1（b）所示。

捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要有两点不同：（a）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先到达含水层；（b）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。

地下水的补给、径流、排泄及家乡地下水的开采特征摘要地下水作为整个地球上水循环的重要环节之一，通过含水层从外界获得补给，在含水层中向排泄区运动和赋予它们的岩石相互作用，最后向外界排泄而参与水循环。

地下水的不断交替、不断更新决定了含水层中水质水量在空间上和时间上的变化。

为了了解地下水的赋存变化规律，合理评价和开发水资源，就必须研究地下水的补给、排泄与径流特征。

关键词：补给径流排泄地下水一、地下水地补给含水层从外界获得水量的过程称作补给，主要来源有：大气降水、地表水、凝结水、其他含水层水和人工补给。

（1）大气降水大气降水是自然界水循环中最活跃的因素之一，也是千层地下水的主要补给来源。

降落到地面的水分一部分变为坡面径流或被蒸发而消失，仅有部分渗入地下。

这一部分到达潜水面以前，必须经过土颗粒、空气和水三相组成的包气带，因此入渗过程中水的运动是极其复杂的。

降水到达地面后，便向岩石土壤中渗入。

如果降雨前土层湿度不大，则入渗的水先形成结合水，大道最大结合水量后，剩余的水才形成毛细水继续下渗，只有当包气带中所有毛细水被充满后，才能形成重力水连续下渗。

（2）地表水对地下水的补给地表水体包括河流、湖泊、水库、海洋等，它们都在一定条件下成为地下水的补给。

地表水补给地下水必要条件有以下两方面：一方面，两者之间必须有水力联系；另一方面，地表水为必须高于地下水位。

如某些平原河流的下游，河流中上游的洪水期，河流出山后的山前地段和河流流经岩溶发育地段，一般满足上述条件，地表水补给地下水。

（3）凝结水的补给凝结作用指空气的饱和湿度随温度降低，温度降到一定程度，绝对湿度与饱和湿度相等。

温度继续下降，超过饱和湿度的那一部分水便凝结成液态水。

白天，大气和土壤均吸热，晚上，土壤散热快而大气散热慢，低温将带一定程度，土壤孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，土壤空气的绝对湿度随之降低，导致大气中水汽和土壤孔隙水汽压力不平衡，地面大气中水汽想土壤孔隙中运动并凝结，不断补充，不断凝结形成重力水下渗。

第一章地球上的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。

它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。

2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。

3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。

4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。

5．水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。

6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。

7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。

8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。

9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。

10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。

11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。

12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。

13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。

14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。

14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。

15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。

16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。

17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。

18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。

19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。

20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。

21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。

22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。

二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。

它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。

2．地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。

第八章地下水的补给与排泄补给：recharge径流：runoff排泄：discharge8．1概述补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。

地下水通过补给与排泄，获得与消耗并重新分布可溶气体及盐量，更新溶滤能力。

地下水通过补给和排泄，保持不断流动循环支撑有关水文系统和生态环境系统正常运行。

8．2 地下水的补给补给––––饱水带获得水量的过程。

1．大气降水（precipitation）以松散沉积物为例，讨论降水入渗补给地下水的过程。

包气带截留的水量，用于补足降水间歇期由于蒸散造成的水分亏缺。

一次降水过程，除去植被截留以及包气带截留外，大气降水量最终转化为3部分：地表径流量、蒸散量及地下水补给量(图8.1)。

一次降水过程中，包气带水分变化及其对地下水补给的影响(图8.2)。

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）（P48,公式6.11；P72，图8.3），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）。

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 =p -D -∆S式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量；p ––––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。

大气降水补给地下水的影响因素：降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。

地下水的补给与排泄8.1 概述8.2 地下水的补给8.3 地下水的排泄8.4 含水层之间的水量交换泉向地表水泄流蒸发与蒸腾人工排泄点状盐随水去线状面状形式多样盐随水去水去盐留主要方式8.3.1 泉定义：泉是地下水的天然露头，是地下水排泄的主要方式之一。

泉的形成：地形受到侵蚀，含水层暴露地表；地下水在运动过程中受阻，水位抬升溢出地表；泉的分类：按补给泉的含水层或含水通道：下降泉、上升泉；按出露成因：侵蚀泉、接触泉、溢流泉、断层泉。

8.3.1 泉 侵蚀泉 是潜水或上层滞水的排泄（图8.9a-g ）；是承压水的排泄（图8.9h 、i ）；单纯由于地形切割地下水面而出露，包括切割潜水含水层及揭露承压水隔水顶板（图8.9a 、b 、h ）；地形切割使相对隔水底板出露，地下水从含水层与隔水底板接触处出露（图8.9c ）；水流前方出现相对隔水层，或下伏相对隔水底板抬升时，地下水流动受阻，溢流地表（图8.9d-g ）；地形切割导水断裂，后者测压水位高于地面时出露（图8.9i ）。

断层泉 溢流泉 接触泉 上升泉 下降泉8.3.1 泉 a b cd e fg h i图 8.9 泉的成因类型 a 侵蚀下降泉b 侵蚀下降泉c 接触下降泉d 溢流下降泉e 溢流下降泉f 溢流下降泉g 溢流下降泉h 侵蚀上升泉 i 断层上升泉8.3.1 泉泉的水文地质意义：通过泉的出露多少和涌水量大小，可确定岩石的导水性及含水层的富水程度； 泉的分布反映含水层或含水通道的分布、补给区和排泄区的位置；通过泉水动态研究，判断其补给水源类型；泉的标高反映地下水位标高；泉的化学成分、物理性质、气体成分，反映当地地下水水质特点和埋藏情况； 泉的研究有助于判断隐伏地质构造；一些水质好、流量稳定的大泉，便于开发利用。

8.3.1 泉趵突泉黑虎泉图 8.10 济南泉水成因地质剖面示意图8.3.2 泄流定义：当地表水体侵蚀到含水层时，地下水分散地沿地表水体周界排泄称为泄流。