第八章地下水的补给与排泄ppt课件.ppt

第八章 地下水的补给与排泄,第1节 地下水的补给一、概述 补给 含水层或含水系统从外界获得水量的过程。补给过程的变化 获得水量增加势能；获得盐分，能量、热量、水化学与水温发生变化。研究补给的内容 补给来源、机制、影响因素与补给量。补给源 大气降水、地表水、凝结水，其它含水层或含水系统的水、人类的相关补给（灌溉回归水、水库渗漏水、专门性的人工补给）。,第八章 地下水的补给与排泄,第1节 地下水的补给一、概述 排泄 含水层或含水系统向外界释放水量的过程。排泄过程的变化 释放水量降低势能；盐量和能量等也随之减少。研究排泄的内容 排泄去路、机制、影响因素及排泄量。排泄去路（排泄方式）溢流地表成泉、向地表水泄流、土面蒸发及植物蒸腾以及人工排泄（其规模越来越大，受到重视）。,第八章 地下水的补给与排泄,第1节 地下水的补给一、概述 地下水存在两类水质演变方向不同的排泄方式：（1）盐随水去。盐随水去的径流排泄，导致地下水及土壤不断淡化；（2）水去盐留。水去盐留的蒸散排泄，导致地下水及土壤不断盐化。两类不同的排泄方式，对地下水所支撑的水文系统及生态环境系统产生深刻影响。没有了补给和排泄，地下水将是“没有生命”的一潭死水，地下水支撑的相关水文系统和生态环境系统将无法正常运行。,二、大气降水对地下水的补给（一）大气降水入渗机制松散沉积物 两种方式：活塞式、捷径式1、活塞式 在较为理想的均质砂层地下水中，由于空隙均匀、当降水强度较小时，入渗水整体下渗，其湿锋面整体向下推进，犹如活塞运移的入渗方式进行。,第八章 地下水的补给与排泄,二、大气降水对地下水的补给2、捷径式 由于孔隙大小的差异，当降水强度较大，入渗水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先下渗，同时向下渗通道周围扩散。在接受连续入渗补给后，大通道的入渗水将优先到达地下水面。,二、大气降水对地下水的补给（二）降水入渗过程包气带含水量的变化 t0（初期）t1（中期）t2（后期）t3（结束）,W0 残留含水量 WS饱和含水量,三、大气降水补给地下水的影响因素(一)地表降水的三个去向,大 气 圈,地 面,包 气 带水分滞留,含 水 层获得补给,蒸发,降水,入渗,地表径流（降水入渗速度）,（二）平原区降水入渗的补给量方程 qx=X D S qx 降水入渗补给含水层量 X 年降水总量 D 地表径流量 S 包气带水分滞留量 降水入渗补给系数，无因次。入渗系数，通常为 0.20.4，南方岩溶地区达 0.8，西北干旱沙漠地区趋于0。,(三)影响大气降水补给地下水的的因素1、降水量 降水的一部分首先补足水分亏损，然后补给地下水。年降水量的多少直接影响补给量的多少。,降水入渗系数年降水量潜水埋深关系图（河北）,(三)影响大气降水补给地下水的的因素2、降水特征 间歇性的小雨只湿润土壤表层而又受蒸发及蒸腾返回大气，不构成地下水的有效补给。集中式暴雨降水强度超过地面入渗能力而部分转化为地表径流，入渗系数偏低。连绵细雨不超过地面入渗速率，是最有利的补给方式。,（入渗系数）,降水强度（单位时间内降水量）,间歇小雨 连绵细雨 集中暴雨,(三)影响大气降水补给地下水的的因素3、包气带渗透性（岩性）与厚度,砂土,砂壤土,壤土,粘土,累积入渗量mm,200,100,24h,时间,0,渗透性与渗透量的关系,(三)影响大气降水补给地下水的的因素3、包气带渗透性（岩性）与厚度,过浅或过深降水入渗系数都不大；2-2.5米后，地下水埋藏越深，入渗系数呈减小趋势。,(三)影响大气降水补给地下水的的因素4、植被覆盖率影响,古老牧场,48年牧场,草地,裸地,累积入渗量mm,60,30,60 min,时间,0,植被对入渗量的影响,(三)影响大气降水补给地下水的的因素5、地形的影响 降水强度入渗强度，地形坡度将产生影响；这时：坡陡：转化为地表径流的份额越多，不利于补给地下水；坡缓：转化为地表径流的份额越少，利于补给地下水。,(三)影响大气降水补给地下水的的因素6、接受补给区的面积 接收大气降水补给区面积越大，降水越多，越利于地下水入渗；相反，如果面积越小，降水越少，越不利于地下水入渗，所以补给量越小。总之，降水时间越长，降水强度适中，包气带厚度适中，坡度平缓，补给区分布面最广，植被较好，大气降水补给地下水越多。其中降水时间、强度及包气带厚度起决定性作用。,四、地表水对地下水的补给（一）不同地段河流对地下水的补给以常年性河流为例1、山区深切河谷 排泄地下水，河流得到补给。,四、地表水对地下水的补给2、山前河流 由于堆积作用，河床高，地表水常年补给地下水。,四、地表水对地下水的补给3、冲积平原河流（中游）补给排泄关系，随季节而定。,四、地表水对地下水的补给4、地上河 补给地下水；一般河 洪补枯排。,开封柳园口悬河,山东境内黄河,（二）河流对地下水补给的过程以间歇河流为例1、汛期开始以垂直入渗为主，河下形成条带地下水丘。2、中期，水丘水位不断抬高，与河水连成一体。3、汛期结束，潜水位普遍 抬高。,（三）河流补给地下水的影响因素 1、河床面积；2、河床透水性；3、河床水位与地下水位之差。（四）河流补给地下水的水量的确定 Q补=(Q上游-Q下游)t 1、不适用地下河发育地带；2、不适用有泉的地带；3、不适用河流排泄地下水的地带；4、不适用河床尚未润湿的时间段。,（五）承压含水层接受降水补给的特点1、含水层出露于地表或与地表连通处接受补给；2、汇水面积较潜水小；3、径流长度长；4、受到地质构造和地形及含水层分布等地质特征影响。,高出出露点获补给,出露低洼处在汇水面积内获补给,通过导水断层获补给,潜水的补给受汇水面积控制,含水层的补给区f与汇水区F,五、大气降水及河水补给地下水水量的确定（一）平原区大气降水入渗补给量1、计算公式 Q=PF*1000 Q 年降水入渗补给量(m3/a)P 年降水量(mm)入渗系数 F 补给区域面积（Km2),2、值的确定（1）地中渗透仪法 直接测定入渗补给量qx（2）利用潜水位变化确定 给水度 潜水位抬升高度,五、大气降水及河水补给地下水水量的确定（二）山区降水入渗量 由于山区地表水与地下水之间相互转化，因此单独求出降水入渗量很困难。同时由于山区通常以较大的河流或大泉集中排泄，所以通常可通过排泄量反求补给量。Q 地下水排泄量（泉的排泄量、河流的基流量）(m3/a)f 汇水面积（Km2)P 年降水量(mm),六、凝结水的补给特点：1、昼夜温差大（撒哈拉大沙漠昼夜温差50）。2、夜间土壤（沙层）温度低，首先自身凝结出水，其次是大气层凝结出水（敦煌壁画受到凝结水的破坏）。,七、含水层之间的补给1、承压水补给潜水,七、含水层之间的补给2、潜水补给承压水,七、含水层之间的补给3、松散沉积物中含水层通过“天窗”和越流补给,七、含水层之间的补给4、含水层通过导水断裂发生联系,七、含水层之间的补给5、含水层通过钻孔发生联系,七、含水层之间的补给6、含水层通过弱透水层越流补给,M,HA,HB,A,B,主含水层,补给含水层,七、含水层之间的补给越流补给量计算 K 弱透水层垂向渗透系数 HA 补给含水层水头 HB 主含水层水头 M 弱透水层厚度,八、人类对地下水补给的影响补给方式：1、建造水库 打破地壳重力场的分布，小型地震；2、灌溉农田 地下水位抬高，土壤盐渍化（灌溉回归水：灌溉渗透补给含水层的水量）。3、工业生活废水的排放：地下水受污染。4、有计划、有措施人工补给 其用途：（1）丰水年或雨季水资源储存；（2）储存冷源（空调用水）；（3）控制地面沉降；（4）防止海水倒灌或咸水入侵淡水层；（5）水质净化。,第2节 地下水的排泄,一、概述地下水排泄 含水层失去水量的过程。排泄过程的变化 排泄的含水层的水质、水位等也发生相应变化。研究含水层的排泄内容 排泄途径、排泄条件与排泄量等。排泄方式 泉、河流等地表水体、蒸发、蒸腾、其他含水层含水层、井孔抽汲、渠道坑道等排泄地下水。,第2节 地下水的排泄,二、泉泉 是地下水的天然露头。泉类型 根据补给泉的含水层的性质，泉分为上升泉及下降泉两大类。上升泉由承压含水层补给。下降泉由潜水或上层滞水补给。下降泉类型 据出露原因分为侵蚀泉、接触泉与溢流泉。侵蚀(下降)泉 沟谷切割揭露潜水含水层的潜水面时所形成的泉。,侵蚀泉,第2节 地下水的排泄,二、泉接触泉 地形切割达到潜水含水层隔水底板时，地下水被迫从两层接触处出露所成的泉。由于滑坡体破碎、透水性良好，而滑坡床相对隔水，于滑坡体前缘形成接触泉。,溢流泉 隔水底板隆起或透水性急剧变弱的潜水含水层，导致水流动受阻而涌溢于地表所成的泉。,二、泉上升泉类型 按出露原因可分为侵蚀(上升)泉、断层泉及接触带泉。侵蚀(上升)泉 当河流、冲沟等切穿承压含水层的隔水顶板时，所形成的泉。,二、泉断层泉 承压水沿导水断层上升，在地面高程低于测压水位处涌溢地表，所形成的泉。,二、泉接触带泉 由于岩浆的动力作用和成岩的冷凝作用，在岩体边部形成冷凝裂隙（成岩裂隙），同时围岩近接触带附近形成构造裂隙，构成接触带裂隙，地下水沿此裂隙带上升所成的泉。,济南泉水成因地质示意图1下奥陶纪白云质灰岩；2中奥陶纪灰岩；3闪长岩及辉长岩；,北部侵入体包围奥陶纪灰岩。南部灰岩区岩溶发育汇聚降水构成补给区。受北部岩体的阻挡地下水汇于东南处，成“家家泉水”。,泉城济南地形、地质、水文地质条件分析,三、泉城济南地形、地质、水文地质条件分析 在2.6km2出露106个泉，最大总涌水量5m3/s。市南为寒武奥陶系的单斜山区，地形与岩层均向北倾斜。市区北侧为闪长岩及辉长岩侵入体，包围奥陶纪灰岩。灰岩区降水补给，受岩体的阻挡地下水汇于市东南处，成“家家泉水”。,1、前震旦纪片麻岩、片岩；2、下寒武纪页岩夹砂岩；3、中寒武纪鲕状灰岩；4、上寒武纪薄层灰岩及页岩；5、奥陶纪厚层灰岩；6、燕山期花岗岩；7、第四系松散沉积物；8、断裂；9、涌水量10L/s；12、温泉；13、下降泉；14、上升泉,四、据泉的出露情况及涌量，判断岩层含水性,四、据泉的出露情况及涌量，判断岩层含水性1、片麻岩及花岗岩中，泉的数量多，涌水量小于1L/s，弱含水层。2、下寒武统页岩夹薄层砂岩，只在断层带有个别小泉，结合岩性可判断本层为隔水层，仅断层带局部导水。3、中寒武统为鲕状灰岩，出露泉不多，但泉涌水量可达l-10L/s，为较好的含水层。4、上寒武统仅出现个别小泉，结合其岩性分析，基本上可看作隔水层。5、奥陶纪厚层灰岩区，一 是地表水系不发育；二是泉的数量不多而涌水量大；三是泉水多出露于本层与其它地层接触带。说明奥陶纪灰岩是补给区和最好的含水层。6、断层的某些部位分布温泉，说明断层导水且水循环深度大。7、东南部在片麻岩与花岗岩的接触带，有一个上升泉，表明接触带某些部分是张开的。8、地下水集中排泄于河、湖或海的底部时，便形成水下泉。,五、泄流 泄流：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄的现象称为泄流。地下水补给地表水体时，除个别以水下泉（如湖泊、海洋）形式集中排泄外，大多数为分散的线状泄流。在河流上选定断面，定期测定河水流量，可得出河流流量过程线。泄流量计算：最简单的分割方法 在流量过程线起涨点A起引一线交于退水段的B点，相当于地下水泄流补给河水的量，称作河流的基流。主要有三种方法，常用第一种方法，后两种了解即可！,流量过程线分割法推测泄流量 1、直接分割法 A：起涨点，作平行线，交于退水线点B。,2、库捷林法潜水与河水有直接联系时,Q,t,A,B,D,F,E,C,FE:河水补给地下水,3、标准退水曲线法潜水与河水无直接联系时 作图步骤（1）作退水曲线的下包线。选同一测水断面的流量过程线的退水段，横轴重合同时使退水线尾部最大重合，下包线即是标准退水曲线。（2）标准曲线与实测退水曲线重合，从退水点A沿标准退水曲线后沿至C;B前沿至D。C：地下最高水位；D：地下最低水位。,t,Q,A,B,t,Q,C,D,六、蒸发 干旱半干旱地区的细颗粒堆积平原和盆地，地下水埋藏深度较浅时，土面蒸发与叶面蒸腾是地下水的主要排泄方式。与地下水有两种关系类型：一是与饱水带无直接联系的蒸发，另一是饱水带潜水的蒸发。1、与饱水带无直接联系的蒸发 包气带上部的水，不与潜水面发生直接联系。水蒸发排泄造成包气带水分亏缺，影响饱水带接受降水补给的份额，但不直接消耗饱水带的水量。蒸发强度取决于气候与包气带岩性。它会使土壤水发生季节性的浓缩，但在雨季又可得到降水补充而淡化，土壤在长期中不会累盐，也不会使地下水盐化。,2、饱水带潜水的蒸发 当潜水面埋藏不深，支持毛细水带上缘离地表较近时，潜水通过毛细上升作用补充支持毛细水，使蒸发得以持续进行。水分沿毛细管上升气化蒸发，盐分浓缩析出于毛细带的上缘。降雨时，盐分重新返回潜水。因此，强烈的潜水蒸发将使土壤渍化。,3、影响潜水蒸发及地下水盐化程度的因素 气候、潜水埋藏深度及包气带岩性、以及地下水流动特征。（1）气候愈干燥，蒸发强烈，矿化度高 相对湿度常年小于50的西北干旱地区，有的地方潜水矿化度可达100300g/l；相对湿度经常保持在80以上的川西平原，尽管地下水埋藏深度很小，但其矿化度也不到0.5g/l。,（2）潜水面埋深与蒸发量的关系 半干旱地区的河北石家庄市，潜水蒸发量与水位埋藏深度的关系如下图。小于 2m时，蒸发量显著增大。但干旱地区山前埋深达数十米的潜水矿化度仍比较高，是干旱气候下气态蒸发的结果。,石家庄,（3）包气带岩性 通过对毛细上升高度与速度而影响潜水蒸发。砂最大毛细上升高度太小，而粘土与亚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、粉砂等组成的包气带，毛细上升高度较大，而毛细上升速度又较快，故潜水蒸发最为强烈。,最大毛细上升高度,粒径,粘土亚粘土,粉砂,中粗砂,毛细上升速度,（4）地下水流动特征 干旱、半干旱地区地下水的排泄区是蒸发浓缩作用最为强烈的地方。区域性流动系统的排泄区由于能够汇集更大范围地下水中的盐分，蒸发浓缩较局部流动系统排泄区更为发育。干旱、半干旱的平原与盆地，利用地表水大量灌溉引起潜水面抬升，潜水蒸发增强，造成次生的土地盐渍化。,格尔木地区蒸发作用,位于格尔木河冲洪积扇上，冲洪积扇南临昆仑山系的布尔达汗山和沙松乌拉山，北部为达布逊湖。,达布逊湖,东昆仑山北部洪积扇群,格尔木格尔木河格尔木洪积扇察尔汗盐湖,察尔汗钾岩基地,察尔汗钾岩基地,七、蒸腾 植物生长根系吸收水分，在叶面转化成气态水而蒸发，这便是叶面蒸发，也称蒸腾。试验研究小麦籽粒需要消耗1200一1300倍体重的水量。植被繁茂区的年蒸发量约为裸露的两倍，个别甚至超过露天水面蒸发量，甚至占总蒸发量的75。蒸腾的深度受植物根系分布深度的控制。在潜水位深埋的干旱、半干旱地区，某些灌木的根系深达地下数十米。在渠边植树代替渗沟，以消除由于地下水位上升而引起的土壤次生盐渍化。,饥饿草原护田林对潜水位的影响,第3节 地下水补给与排泄对地下水水质的影响,地下水获得矿化度与化学类型不同的补给水，水质也因而发生变化。干旱地区的潜水往往因长期蒸发浓缩而成为高矿化水。经常获得低矿化水补给的地段，如河流沿岸，季节性集水洼地，灌渠两侧等，常可找到适于饮用的淡水透镜体。高矿化水与污染水的补给，则使含水层水质恶化。,1、地下水的排泄分类（据其对水质影响）径流排泄 以泉、泄流等为主要排泄方式，其特点是盐随水径流带走。蒸发排泄 其特点是水排泄掉，而盐份留下。2、地下水的循环分类（据补给与排泄的特点）入渗径流型 长期循环的结果，使岩土与其中赋存的地下水向溶滤淡化方向发展；入渗蒸发型 长期循环结果，补给区的岩土与地下水淡化脱盐，排泄区的地下水盐化，土壤盐渍化。,入渗径流 山区潜水 入渗蒸发 干旱半干旱平原区潜水,