水文地质学基础课件中国地质大学武汉07地下水补给
水文地质学基础7.1.1大气降水的补给7.1.2地表水的补给7.1.3大气降水及河水补给地下水水量的确定7.1.4凝结水的补给7.1.5含水层之间的补给7.1.6地下水的其他补给来源水文地质学基础地下水的补给地下水的补给.W..W.补给的研究包括：补给来源、影响因素与补给量补给来源人工补给天然补给大气降水入渗补给凝结水补给相邻含水层的补给地表水补给灌溉水入渗补给生产生活废水补给水库渠道渗漏补给人工回灌补给水文地质学基础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：活塞式(/):是指入渗水的湿锋面整体向下推进，就象活塞的运移一样；捷径式(/):是指入渗水由于存在水分运移的大空隙通道（根孔、虫孔、裂缝等），入渗水流沿着该通道下渗，优先达到地下水面的过7.1.17.1.1大气降水对地下水的补给活塞式入渗(均质砂土)地面地下水位年龄新的水推动年龄老的水下移，“老”水在前，“新”水在后。水文地质学基础捷径式入渗(粘性土介质)—优势流特点：新水可以超过老水，优先达到含水层；入渗水不必全部补充包气带水分亏缺即可补给下方含水水文地质学基础降雨之前，包气带上部水分亏缺，水量小于残留含水量降雨后，首先补足水分亏缺，多余的水分才能下渗下渗水达到到达支持毛细带时，地下水位抬升水文地质学基础降水初期含水量增加地质学基础，毛细力减小，入渗速率下降，直至下渗趋于稳定降水再继续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，含水量获得补给，潜水位上升降水入渗过程水文地质学基础10水文地质学基础影响降水入渗补给的因素？气候因素（P，E）；降水总量；降水强度；降水频率；降水延续时间地下水位埋深;其他:植被、城市化11水文地质学基础2800年降雨量（mm）水位埋深1m水位埋深2m水位埋深3m年降雨量与入渗补给量问题：年降雨量越大，入渗补给量就一定越大吗？亚砂土12水文地质学基础25150次降雨量与入渗补给量亚砂土13水文地质学基础间歇性间歇性的小雨只湿润土壤表层而经由蒸发的小雨只湿润土壤表层而经由蒸发及蒸腾返回大气，不构成地下水的有效补及蒸腾返回大气，不构成地下水的有效补给。
集中式暴雨集中式暴雨降水强度超过地面入渗能降水强度超过地面入渗能力而部分转化为地表径流，入渗系数偏低力而部分转化为地表径流，入渗系数偏低。。连绵细雨连绵细雨不超过地面入渗速率的最有利不超过地面入渗速率的最有利于地下水的补给。于地下水的补给。14水文地质学基础0.00.20.40.60.8降雨入渗系数水位埋深粉细砂亚粘土夹层土15水文地质学基础2800年降雨量（mm）水位埋深1m水位埋深2m水位埋深3m水位埋深5m水位埋深7m问题：水位埋深越浅，入渗补给量就一定越大吗？亚砂土16水文地质学基础植被覆盖率影响植被覆盖率影响古老牧场4－8年牧场草地时间植被对入渗量的影响植被对入渗量的影响17水文地质学基础3、大气降水入渗补给量的确定数值模拟法18水文地质学基础平原区：mm无量纲，km经验公式法ethod）19水文地质学基础地中渗透仪结构图实验场观测室测水分损失量20水文地质学基础降水入渗系数年降水量潜水的埋深关系图（河北）21水文地质学基础mod22水文地质学基础大气圈地表径流地面含水层降雨入渗补给水均衡法（)补给地表水23水文地质学基础示踪法（)常用的示踪剂：(H)、-13(1314C、-18(18O)、-36(36Cl)、（溴化物）、（氯化物）等。
氚示踪法原理:人工投放示踪剂到地下一定深度，定期取样分析剖面上示踪剂浓度变化，据此确定峰值下移速率v，从而求算地下水补给量R：2TU1.251.501.752.002.252.5024水文地质学基础)天然氯离子示踪法原理：以环境氯离子为示踪剂，在测得地下水、土壤水及降水的氯离子浓度后，通过氯离子平衡和氯离子累积法求地下水时段补给量和多年平均补给量。(mg/L)该方法在大量施用农家肥情况下精度受影响，因此，取样剖面选择在淡水区、无农家肥明显影响的地下水埋深较大的地段。25水文地质学基础()原理：它以包气带为水量均衡体系，以中子仪和负压计观测资料为基础数据，根据土壤剖面土水势的变化确定土水势梯度为零（即水分通量为零）的面（零通量面），零通量面以下土壤含水量的变化为地下水补给量。满足：达西定律、质量守恒定律26水文地质学基础在监测降水、蒸发、土壤水和地下水动态等资料的基础上，以土壤—植物—大气连续体(SPAC)水分传输理论为基础，建立作物生长条件下非饱和或饱和-非饱和数值模拟模型，求算地下水补给量，探讨大气水、土壤水及地下水的转化关系。
常用软件有EARTH模型、SWMS模型、水文地质学基础二、地表水对地下水的补给河流补给:因地而异（空间上），因时而异（时间）比较长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：（1）有水力联系（2）地表水水位高于地下水水位28水文地质学基础29水文地质学基础季节性河流30水文地质学基础三、含水层之间的补给潜水—承压水之间的补给图7-11中泉水的大小与哪些因素有关？31水文地质学基础32水文地质学基础33水文地质学基础34水文地质学基础越流（）：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.越流量如何计算？35水文地质学基础人类对地下水补给的影响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。
36 水文地质学基础 7.2 地下水的排泄（） 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）、相邻含水层的排泄、蒸发（面状排泄）、人为排泄 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 37 水文地质学基础 泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。 1.下降泉(出露潜水含水层中的泉） 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 38 水文地质学基础 39 水文地质学基础 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。 侵蚀泉 侵蚀泉：河流冲沟切穿承压含水层的隔水顶板 ：河流冲沟切穿承压含水层的隔水顶板 断层泉 断层泉：水沿断裂带上升在地面高程低于测压水位处涌溢地表 ：水沿断裂带上升在地面高程低于测压水位处涌溢地表 接触带泉 接触带泉：地下水沿有隙缝的接触带上升成泉 ：地下水沿有隙缝的接触带上升成泉 40 水文地质学基础 41 水文地质学基础 研究泉的意义？ 直接水文地质资料；间接分析得出水文地质信息。
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： 1）地下水位标高； 2）含水岩层的含水性（透水性）及导水性：泉在地层中的 出露情况及泉的流量； 3）泉出露处断层的导水性； 4）补给条件，循环（交替）强度：泉的流量及泉的动态； 5）泉的温度：地下水循环深度； 6）泉水的水质反映地下水的化学成分特征； 7）供水水源（直接利用）。 42 水文地质学基础 地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定43 水文地质学基础 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。 44 水文地质学基础 2、库捷林法—潜水与河水有直接联系时 河网上游最远点到测水点距离洪峰移动的速度 FE 河网上游最远点到测水点距离非洪峰期河水流速 FE 河水补给地下水45 水文地质学基础 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 46水文地质学基础 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） 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 蒸发和蒸腾 水文地质学基础 影响潜水蒸发的主要因素 1）气候愈干燥，蒸发强烈，矿化度高 相对湿度经常小于50％的西北，有的地方潜水 矿化度可达100—300g/L；相对湿度经常保持80％ 以上的川西平原，其矿化度不到0.5g/L。
气候、潜水埋藏深度及包气带岩性、以及地下 水流动特征。 48 水文地质学基础 2）潜水面埋深与蒸发愈的关系 半干旱地区的河北石家庄市，潜水蒸发与其水位 埋藏深度的关系。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，是干旱气候下气态的蒸发的结果。 49水文地质学基础 通过对毛细上升高度与速度的影响潜水蒸发。砂最大毛细上升高度太小，而亚粘土与粘土的毛 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 50 水文地质学基础 4）地下水流动系统 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。 51 水文地质学基础 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。
植被繁茂区年的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、半干旱地区地质学基础，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。 52 水文地质学基础 53 水文地质学基础 54 水文地质学基础 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 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 高矿化水与污染水的补给，则使含水层水质恶化。55 水文地质学基础 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、地下水循环分类（据补给与排泄特点） 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。
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