水文地质学基础——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 ))。