第6章-地下水的补给与排泄课件.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Company Logo,*,,,,,,,,,,,,,,Click to edit Master title style,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,LOGO,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,水文地质学,Hydrogeology,,防灾科技学院,宋 洋,水文地质学Hydrogeology 宋 洋,第六章 地下水的补给与排泄,提要,,,要求掌握,地下水补给来源,（降水、地表水、凝结水等）、,地下水排泄途径,（泉、泄流、蒸发、蒸腾等）、,地下水径流特征,的基本概念、基本理论和基本方法；地下水补给与排泄对地下水水质的影响；人类活动对地下水水量水质的影响。

第六章 地下水的补给与排泄 提要,本章内容,6.1,地下水的补给,,含水层或含水系统从外界获得水量的过程6.2,地下水的排泄,含水层或含水系统失去水量的过程6.3,地下水径流,地下水从补给区向排泄区运动的过程6.4,地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响,本章内容6.1地下水的补给,,基本概念,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，,水量增加的同时，盐量、能量等也随之增加,排泄,：,含水层或含水系统向外界排出水量的,过程，,减少水量的同时，盐量和能量等也随之减少基本概念地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环基本概念,根据地下水循环位置，可分为,补给区、径流区、排泄区,径流区,是含水层中的地下水从补给区至排泄区的流经范围水文地质条件,是地下水埋藏、分布、补给、径流和排泄条件、水质和水量及其形成地质条件等的总称补给区,（,recharge area,）是含水层出露或接近地表接受大气降水和地表水等入渗补给的地区排泄区,（,dischage area,）含水层或含水系统失去水量的过程基本概念根据地下水循环位置，可分为补给区、径流区、排泄区。

6.1,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？,地下水位上升，,增加了势能,，使地下水保持不停的流动,由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将停滞,补给的研究包括：,补给来源、补给机制、影响因素,、,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,6.1 地下水的补给补给使含水层的水量、水化学特征和水温,6.1.1,大气降水对地下水的补给,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人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,：,降水入渗的现象,—,两类空隙的入渗过程,——,总结：,均匀砂土层,——,活塞式,(piston/diffuse),含裂隙的土层,——,捷径式,(bypass),6.1.1 大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制？影响因素,山西黄土及其入渗,,山西黄土及其入渗,1,、大气降水入渗机制,“,活塞式,”入渗,——,适用条件：,均匀的砂土层,降水,初期,,t,1,：,土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快,降水,延续,,t,2,：,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,6.1.1,大气降水对地下水的补给,1、大气降水入渗机制6.1.1 大气降水对地下水的补给,,降水入渗过程,湿,锋,面,t,1,t,2,地面,,潜水面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,降水入渗过程湿t1t2地面潜水面,,（降水入渗能力）,垂向渗透流速,v,=Q/t,，取决于包气带岩性,K,,入渗速率随时间的变化,（降水入渗能力）垂向渗透流速v=Q/t，取决于包气带岩性K入,下渗过程水分分布,,渗润阶段,渗漏、渗透阶段,下渗过程水分分布渗润阶段渗漏、渗透阶段,,下渗过程中水分分布带,下渗水流运移模式的条件 ？,,饱和带,--,,厚度,1.5cm,,含水量接近,--,水分传输带,,过渡带,含水量在,--,,厚度,湿润带,,含水量变化大,湿润锋（面）,,,,,含水量,%,深度,cm,风干土,田间持水量,饱和含水量,饱和带,过渡带,水分传输带,湿润带,湿润锋,,下渗过程中水分分布带下渗水流运移模式的条件 ？含水量%深度c,6.1.1,大气降水对地下水的补给,1,、,大气降水入渗机制,“,活塞式,”入渗,——,均匀砂土层,“,捷径式,”,下渗,——,空隙大小极悬殊,活塞式与捷径式区别：,① 捷径式下渗，新水可以超过老水，优先达含水层；,② 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,6.1.1 大气降水对地下水的补给1、大气降水入渗机制t1,6.1.1,大气降水对地下水的补给,2,、降水补给的影响因素,P =,R + E +ΔS + G,,气候因素,（,P,，,E,）：,1.,年降水量,2.,降水强度和延续时间,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，蒸发强度小地质,:,3.,包气带：,a,岩性、,b,厚度、,c,含水量,4.,地形,:,,高或低，陡或缓,5,.,地下水位埋深：,6.,植被发育,人类工程,R,E,P,,S,G,6.1.1 大气降水对地下水的补给2、降水补给的影响因素R,6.1.1,大气降水对地下水的补给,3,、降水入渗补给量,（,1,）平原区大气降水入渗补给量,一般采用入渗系数法（,α,）,降水入渗系数,多用年平均值表示，由经验与实验等方法得出,,全年降水入渗补给量：,Q =,a,,·,P,·,F,·,1000,式中：,Q ----,降水入渗补给地下水量（,m,3,/a,）；,P ----,年降水量（,mm,）；,a,----,降水入渗系数；,F ----,补给区面积（,km,2,）。

确定,a,的常用方法：,入渗试验仪、地中渗透仪来测定,书中,P74-75,,介绍了天然潜水位动态法,,6.1.1 大气降水对地下水的补给3、降水入渗补给量,双环入渗试验装置,双环注水法,--,剖面图,——,连续降水,双环入渗试验装置双环注水法--剖面图——连续降水,,,地中渗透仪结构图,a = G/Pr,地中渗透仪结构图a = G/Pr,6.1,地下水的补给,3,、降水入渗补给量,（,2,）山区降水入渗补给量的确定,可通过测定地下水的排泄量反求其补给量，包括河川基流量（泉流量）、潜流量、开采量、蒸发量等，可以通过基流切割法确定河川基流量山区入渗系数为,,式中,Q ----,地下水年排泄量（,m,3,/a,），余同上6.1地下水的补给3、降水入渗补给量,潜水和承压水含水层接受降水及地表水补给的条件不同潜水在整个含水层分布面积上都能直接接受补给，而承压水仅在含水层出露于地表，或与地表连通处方能获得补给因此，地质构造与地形的配合关系，对承压含水层的补给影响极大含水层出露于地形高处，充其量只能得到出露范围（补给区）大气降水的补给出露于低处，则整个汇水范围内的降水都有可能汇集补充切穿承压含水层隔水顶板的导水断层，在有利的地形条件下，也能将大范围内的降水引入含水层。

汇水区的大小也影响潜水含水层接受补给,潜水和承压水含水层接受降水及地表水补给的条件不同潜水在整个,6.1.2,地表水对地下水的补给,地表水对地下水的补给（要求以自学为主）,补给来源：地表水体,（河、湖、水库等）,补给机制,:,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,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？,Qsr = KIATsin,q,地表水补给地下水的,必要条件,有哪些：,存在水力联系,地表水水位高于地下水水位（存在水头差）,作业：,比较,长年性河流,与,季节性河流,对地下水的补给的异同点？,,6.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给（要求,河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系,河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系,季节性河流补给地下水,季节性河流补给地下水,,丰水期,丰水期,6.1.3,含水层之间的补给（自学）,越流,——,地下水量的内部转化,,潜水,—,承压水之间的补给,,思考题：,图,7-11,（右图）中泉水的大小与哪些因素有关！,6.1.3 含水层之间的补给（自学）越流——地下水量的内部,越流,（,Leakage,）：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,越流量如何计算？,,越流（Leakage）：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间,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,,,含水层之间的水力联系,含水层通过钻孔发生水力联系含水层通过导水断层含水层之间的水力,6.1.3,含水层之间的补给,多层松散层中含水层通过天窗及越流发生补给。

越流量计算公式,：,式中,Q,l,----,越流补给量（,m,3,/a,）；,K ----,弱透水层的渗透系数（,m/d,）；,M----,弱透水层的厚度（,m,）；,H,A,、,H,B,----,含水层,A,和,B,的水头（,m,）；,I---,水力梯度；,F----,越流面积（,m,2,）；,T----,越流时间（,d/a,）6.1.3 含水层之间的补给多层松散层中含水层通过天窗及越,6.1.4,凝结水的补给,凝结作用指气温下降到一定程度由气态水转化为液态水的过程一般情况下，凝结形成的地下水相当有限但是，高山、沙漠等昼夜温差大的地方，凝结水对地下水补给很重要6.1.5,地下水的其它补给来源,,（,1,）水库渗漏2,）灌溉渗漏：灌溉渠系、灌溉田间渗漏补给3,）工业及生活废污水的渗漏补给4,）,人工补给地下水,：,采用有计划的人为措施补充含水层的水量目的,：,① 补充与储存地下水资源，抬升地下水位；,② 储存热源、冷源；,③ 控制论地面沉降；,④ 防止海水倒灌、咸水入侵；,,⑤,改善生态环境,,6.1.4 凝结水的补给6.1.5 地下水的其它补给来源,6.1,地下水的补给,人工补给地下水的方式,① 地面,② 河渠,③ 坑池蓄水渗补,④ 井孔灌注。

人工补给地下水的方式有：,① 地面，② 河渠，③ 坑池蓄水渗补，④ 井孔灌注6.1地下水的补给人工补给地下水的方式① 地面人工补给地下水,6.2,地下水的排泄,地下水排泄的研究,包括：,排泄方式、排泄机制、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,蒸发蒸腾（,面状,排泄）,人工排泄,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,6.2 地下水的排泄地下水排泄的研究包括：,6.2 .1,泉,spring,定义,：,,泉是地下水的天然露头多为,“,点,”,状，属,径流排泄,分类,：,根据补给泉的含水层类型可将泉划分为,上升泉、下降泉,根据出露成因将上升泉可分为：,侵蚀（上升）泉、断层泉和接触带泉根据出露条件又将下降泉分为：,侵蚀泉、接触泉、溢流泉,6.2 .1 泉 spring定义：,1.,下降泉,——,出露潜水含水层中的泉,,侵蚀泉：,（,a,、,b,）,地形切割到潜水面,,接触泉,：,（,c,）,地形切割至隔水底板出露,溢流泉,：,（,d,、,e,、,f,、,g,）,水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,,1.下降泉——出露潜水含水层中的泉 侵蚀泉： （a、b）,,,2.,上升泉（出露于承压含水层中的泉）,侵蚀上升泉,：,侵蚀作用下，地形切割揭露承压含水层的隔水顶板形成的泉。

h,）,接触带泉：,岩脉或岩浆岩侵入体与围岩的接触带，地下水沿冷凝收缩形成的裂隙上升成泉j,）,断层泉：,地形面切割导水断裂，断裂带测压水位高于地面时出露成泉i,）,2. 上升泉（出露于承压含水层中的泉）侵蚀上升泉：,6.2.1,泉,spring,*3.,泉的水文地质意义,泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学特征,,判明地下水的排泄条件；,判明含水层特征,—,环境；,说明地下水补给条件，圈定富水区；,判定山区泉域的含水性、导水性；,判定泉所在含水层的化学特征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,湖南省娄底市娄星区石井乡山泉村,6.2.1 泉 spring*3. 泉的水文地质意义湖南,,1,、变质岩及花岗岩，泉多而分散，流量小，说明富水性差接触带出现上升泉，说明部分接触带张开而形成导水通道2,、下寒武为隔水层，仅断层带局部导水；中寒武是较好的含水层；上寒武基本上可看作隔水层3,、奥陶系厚层灰岩中，地表水系不发育；泉数量不多而涌水量大，为,1-10L/s,，个别大于,10L/s,；大多出露于与其他地层交接处，说明富水性强，是本区最好的含水层。

4,、个别地段的断裂带出露泉而流量为,1-10L/s,，说明断层有一定导水能力5,、第四系出现流量大的温泉，断裂的深循环地下水，导水性良好不同岩性岩石的富水性比较,1、变质岩及花岗岩，泉多而分散，流量小，说明富水性差接触带,6.2,地下水的排泄,（,5,）实例：地形、地质、水文地质条件巧妙地结合形成大泉济南泉水：,2.60km,2,内有,106,个泉，,Q,max,= 5m,3,/s,广西地苏暗河：,4.0~489.0 m,3,/s,（,F=1000km,2,）山西晋祠泉：,1.90 m,3,/s,，黑龙洞泉：,4.6~38.5 m,3,/s (1159km,2,),山西娘子关泉：,13.2 m,3,/s,（,1959,年）,~11.50 m,3,/s,（,1977,年），平均,12.71 m,3,/s,山西大于,1m,3,/s,的大泉（群）有,19,处，流量,97.98m,3,/s,（,30.91,亿,m,3,/a,），小些的泉（群）有,34,处，流量,10.4m,3,/s,（,3.27,亿,m,3,/a,），合计流量,108.38m,3,/s,（,34.81,亿,m,3,/a,）6.2 地下水的排泄（5）实例：地形、地质、水文地质条件巧,,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,P76-77,为济南全群成因条件分析,-,请自学,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,济南泉群,济南泉群,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,,6.2.2,泄流,河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流6.2.2 泄,,6.2.3,蒸发和蒸腾,,水面蒸发,：,是潜水以气体形式通过包气带向大气排泄水量的过程。

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,,6.2.3 蒸发和蒸腾 水面蒸发：是潜水以气体形式通过包气,,6.2.3,蒸发和蒸腾的影响因素,a.,气候因素,：,干燥，气温高，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,，基本不考虑蒸发,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,：,6.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素a.气候因素：,6.2.3,蒸发和蒸腾的影响因素,c.,包气带岩性,：,hc,和毛细上升速度,Vc = K,I,,,,,,,容易产生盐碱化的是哪类土？,岩性,砂砾石,粉砂,亚砂,粘土,K,大,中,小,极小,h,c,小,/,极小,中,大,很大,V,c,小,大,中,小,6.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素c.包气带岩性：岩性砂砾石,6.2.4,蒸发量的测定方法,地中渗透仪,潜水位动态,经验公式,,,,式中,e,----,蒸发强度,(mm/d),；,,e,0,---- z=0,时水面蒸发强度,(mm/d),；,,△,i,-----,地下水位埋深,(m),；,,△,0,-----,地下水位临界埋深，,1~5m,；,,n -----,指数，一般,1≤n≤3,；,,m,-----,水位变动带给水度（,S,y,）；,,D,H----,由于蒸发蒸腾而产生的地下水位下降值,(mm/d),。

6.2.4 蒸发量的测定方法地中渗透仪式中e----蒸发,6.2,地下水的排泄,6.2.4,侧向,径流和越流排泄,6.2.5,人工开采,,6.2 地下水的排泄6.2.4 侧向径流和越流排泄,6.3,地下水径流,地下水径流的特点,：,（,1,）地下水径流首先取决于水力梯度，地下水流向总是水力梯度最大的方向2,）径流受岩石透水性的制约3,）水流常呈层流运动，流速很小，动能通常不考虑4,）边界对流速影响小，除非边界明显改变了地下水流向和过水断面面积径流速度影响因素,（,1,）含水层的渗透性；（,2,）水力梯度；,（,3,）过水断面面积； （,4,）温度；（,5,）含盐量径流的强弱，影响着含水层水量与水质的形成过程6.3 地下水径流地下水径流的特点：,第6章-地下水的补给与排泄课件,6.4,地下水补给与排泄对地下水水质的影响,一、补给的影响,,低矿化水补给，则得到淡水透镜体；,高矿化水或污染水补给，则地下水水质恶化；,过量吸取滨海地区的或与咸水层有联系的淡水含水层，引起海水或咸水入侵6.4 地下水补给与排泄对地下水水质的影响一、补给的影响,6.4,地下水补给与排泄对地下水水质的影响,二、排泄的影响,渗入,—,径流型，使岩土与其中的地下水向溶滤淡化方向发展。

渗入,—,蒸发型，使补给区的岩土与地下水淡化脱盐，排泄区的地下水盐化、土壤盐碱化6.4 地下水补给与排泄对地下水水质的影响二、排泄的影响,本章内容,6.1,地下水的补给,,含水层或含水系统从外界获得水量的过程6.2,地下水的排泄,含水层或含水系统失去水量的过程6.3,地下水径流,地下水从补给区向排泄区运动的过程6.4,地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响,本章内容6.1地下水的补给,。