第八章 地下水的补给与排泄ppt课件.ppt

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1、,本章内容,地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环 补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程 排泄：含水层或含水系统向外界排出水量的过程,第八章 地下水的补给、排泄与径流,第一节 地下水的补给,补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化 思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生 什么变化？补给的研究包括：补给来源、影响因素与补给量 地下水的补给来源有：天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等 人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌,讨论：入渗机制？影响因素？补给量的确定？1、大气降水入渗机制 包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水

2、入渗补给起着决定性作用 目前认为，松散沉积物的降水入渗有两种方式：均匀砂土层活塞式 含裂隙的土层捷径式,一、大气降水补给,山西黄土垂直裂隙及其捷径下渗,1、大气降水入渗补给机制“活塞式”入渗 适用条件：均匀的砂土层 降水初期 t1：土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水延续 t2：土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，下渗趋于稳定渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水再持续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，含水量获得补给，潜水位上升,一、大气降水补给,湿 锋 面,t1,t2,地面,潜水面,降水入渗过程,入渗速率随时间的变化,Vt入渗率Z湿润前锋推进距地面深度的距离hc毛细压力水头,下渗过程水

3、分分布,含水量%,下渗过程中水分分布带,一、大气降水补给,1、大气降水入渗补给机制“活塞式”入渗 均匀砂土层“捷径式”下渗 空隙大小极悬殊 捷径式下渗，新水可以超过老水，优先达含水层；捷径式下渗，不必包气带达到饱和即可补给下方含水层。,t1,t2,捷径式下渗图,一、大气降水补给,2、四种不同时间尺度的补给,1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后；2）季节性补给：有规律的季节性；3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补给；4）历史性或古补给：古代埋藏水。,3、补给量的确定方法 平原区一般采用入渗系数法（）全年降水入渗补给量：Q=X F1000 m3/a，mm，无量纲，km2 降水入

4、渗系数多用年平均值表示降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定由经验与实验等方法得出,一、大气降水补给,：降水入渗系数;qx：年降水入渗量(mm);X：年降水量(mm).,4、降水补给的影响因素 X=Rs+E+S+qX 气候因素（X，E）：降水总量,降水强度,降水频率；降水延续时间 总量大，强度适中，间隔短，时间 长的绵绵细雨最有利。温度适中，温差较小，相对湿度 大，蒸发强度小。地形:高或低，陡或缓 地质:包气带岩性 地下水位埋深：其他：植被、城市化,一、大气降水补给,岩性及水位埋深对降雨入渗补给的影响,双环注水法-剖面图连续降水,双环入渗试验装置,河南郑州均衡试验场地中渗透仪,试验土柱,

5、地下观测室,适用于温带地区地下水埋深不大、易扰动土壤结构,地中渗透仪结构图,地表水对地下水的补给 地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源 河流补给:因地而异（空间上），不同部位，岩性等；因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系。,二、地表水对地下水的补给,季节性河流,河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系,二、地表水对地下水的补给,季节性河流补给地下水,二、地表水对地下水的补给,二、地表水对地下水的补给,比较常年性河流与季节性河流对地下水的补给的异同点？河流补给的主要影响因素有哪些？如何确定河水对地下水的补给量？地表水补给地下水的必要条件有哪些？,三、凝结水的补给,温度降低时

6、，饱和湿度降低，温度降到一定程度，绝对湿度与饱和湿度相等，继续下降，超过饱和湿度的那部分水汽凝结成水，由气态水转化成液态水的过程称为凝结作用。,潜水承压水之间的补给 越流 地下水量的内部转化思考题：（右图）中泉水的大小与哪些因素有关？,四、含水层之间的补给,越流：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程。经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层。思考：越流量如何计算？,天窗、越流地下水量的内部转化,含水层通过钻孔发生水力联系,含水层通过导水断层 发生水力联系,四、含水层之间的补给,五、地下水的人工补给,1透水层；2弱透水层；3地下水位；4地表水位及井中水位；5水流

7、方向；6井,人工补给地下水的方式,第二节 地下水的排泄,趵突泉,长白山温泉,地下水排泄的研究包括：排泄方式、影响因素、排泄量的确定 排泄方式：泉（点状排泄）向地表水体泄流（河流线状）、向相邻含水层的排泄 蒸发（面状排泄）前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：径流排泄水分（盐分）呈液态排出,盐随水去 蒸发排泄水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐留,泉是地下水的天然露头，多为“点”状，属径流排泄。泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，根据补给泉的含水层类型可将泉划分为下降泉上层滞水和潜水补给，流量和水质季节性变化上升泉承压水补给，流量稳定，水质较好1.下降泉(出露于潜水含水层中

8、的泉）根据出露条件又将下降泉分为：侵蚀泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,一、泉spring,下降泉,一、泉,侵蚀泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,下降泉,一、泉,2.上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉,7.2.1泉spring（续2）,一、泉,3.研究泉的意义？直接得到水文地质资料；间接分析出水文地质信息。通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合分析与泉水成因有关地质、水文地质条件 地下水位标高，岩层的含水性（透水

9、性），含水岩层的补给，循环（交替），地质构造、断层等，供水水源（直接利用）。a.泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层 b.泉出露处断层的导水性 c.泉的流量大小：导水性的好坏 d.泉的温度：地下水循环深度 e.泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏,7.2.1泉spring（续2）,一、泉,山东济南百脉泉,在实际中泉的成因与定名是比较难判定的,温泉,河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流 地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定,二、泄流,二、泄流,玛纳斯河1955年日平均流量过程线补给类型分割图1深层地下水补给；2融雪水补给；3浅层地下水补给；4降雨补给；5高山冰雪融水补

10、给,三、蒸发排泄,土面蒸发：潜水通过包气带耗失水分 叶面蒸腾：通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水而蒸发消耗（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）,三、蒸发排泄,1、土面蒸发过程 包气带水分直接耗失降低包气带水分含量，加大亏损量，潜水通过支持毛细水带将水传输到包气带蒸发，使地下水位下降 蒸发速度大于毛细上升速度则支持毛细水带下降，VC上升，至蒸发速度VEVC时，维持稳定的蒸发排泄，排泄的结果，水分不断消耗，地下水位下降，盐分不断积累在土层上部！毛细上升速度:VC=KH/L,土壤蒸发过程示意图,无蒸发,有蒸发,土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程,三、蒸发排泄影响因素,a.气候因素：干燥，气温高

11、，蒸发量愈大 b.地下水位埋深：超过蒸发极限深度 则蒸发0 如：华北地区，水位埋深5m，不考虑蒸发 干旱地区，极限水位埋深大；湿润地区极限埋深小c.包气带岩性：,潜水蒸发量与水位埋深关系曲线河北石家庄，据河北省地质局水文地质观测总站,三、蒸发排泄影响因素,c.包气带岩性：蒸发与毛细上升速度 Vc=KI 有关,问：容易产生盐碱化的是哪类土？,三、蒸发排泄,2、叶面蒸腾：,饥饿草原护田l林对潜水位的影响,定义：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。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，某些灌木根系深达地下数十米。蒸腾只消耗水分而不带走盐类。,成年

12、树木的耗水能力,三、蒸发排泄蒸发量的测定方法,地中渗透仪 潜水位动态 经验公式,地中渗透仪结构图,测蒸发量,最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集中排泄区，具有单一径流方向。,一、径流方向,第三节 地下水的径流,对于潜水来说，山区地下水的循环属于渗入径流型,干旱半干旱地区地形低平的细土堆积平原，径流很弱。属于渗入蒸发型,可用单位时间通过单位断面的地下水流量表示，即以渗透流速衡量。根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比,二、径流强度,承压含水层的径流强度主要取决于构造开启程度,断层构造盆地的承压含水层，径流条

13、件取决于断层的导水性。,当断层导水时，断层构成排泄通路，地下水由各含水层出露地表部分的补给区，流向断层排泄区。,当断层阻水时，排泄区位于含水层出露的地形最低点，与补给区相邻，承压区则在另一侧。,三、地下水径流量计算,1.地下径流模数（地下径流率）Mc每平方公里面积上的地下径流量为每秒若干升，升/秒平方公里(L/skm2)说明一个地区或一个含水层中以地下径流形式存在的地下水量的大小。,每平方公里潜水含水层分布面积上地下水多年平均补给量，单位为万立方米/年平方公里。在山区，补给模数与地下径流模数（Mc）的换算关系为,2.地下水补给模数（Mb）,3.地下径流系数,在一定时期内，汇水范围内单位面积上排

14、泄入河的地下径流量（以地下径流深度表示）与汇水面积范围内降水量之比值。一般以百分数表示。说明在每年降雨入渗后地下参与径流的多少。与地下径流模数Mc的关系,1、山区地下水天然补给量、排泄量与径流量的估算渗入径流型循环补给量径流量排泄量,四、地下水天然补给量、排泄量与径流量的估算,步骤：(1)如排泄以集中的泉式泉群形式出现，则测定泉的总流量，乘以相应时间，得全年排泄量。(2)如排泄以向河流泄流形式出现，则通过分割河流流量过程线求得全年排泄量。(3)查得含水层分布面积，求地下径流模数或地下水补给模数。(4)如有必要且资料允许时，可对各个含水层分别计算排泄量，并求分层的地下径流模数或地下水补给模数。,1）浅层水 渗入一蒸发、径流型渗入一蒸发型循环 补给排泄量；径流量补给量(排泄量)。,2、平原及山间盆地地下水天然补给量、排泄量及径流量的估算,2）深层承压水,补给来源有：(1)山前冲洪积平原砾石带潜水的下渗；(2)毗邻山区的侧向补给；(3)来自深部基岩含水层的补给。排泄量补给量,利用达西定律可以求算某一断面承压含水层的径流量。,