水文地质学课件

水文地质学第六章地下水的补给、排泄和径流chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄2第六章地下水的补给排泄和径流地下水的补给、径流、排泄这三个环节就是地下水的循环――即自然界循环中的水，处于地下隐伏阶段的循环。基本概念地下水的补给――含水层从外界获得水量的过程。地下水的排泄――含水层失去水量的过程。地下水的径流――获得水量到失去水量所经历的过程。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄3§6.1地下水的补给地下水的补给条件：指地下水的补给来源、补给方式、补给区的面积及边界，影响补给的因素、补给量等。研究地下水的补给时，实际上我们研究的是地下水的补给条件。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄4一、大气降水对地下水的补给1.具备条件a.包气带透水；b.包气带不透水时，要有通道沟通含水层与地表的联系。2.机制目前有三种观点来研究大气降水的补给•a.大气降水量→地下水位；•b.考虑到包气带水来研究入渗；•c.把大气降水看成是一个三相相互作用的过程。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄5①入渗过程a.渗润阶段：降水初期，如果土壤干燥，下渗水主要受静电引力作用，受土粒吸附形成结合水，结合水的饱和，即本阶层的结束；b.渗漏阶段：随着土壤含水量增大，分子作用力（静电引力）由毛管力和重力作用取代，逐渐充填岩土孔隙及下渗，直到重力起主导作用。c.渗透阶段：孔隙水分近乎饱和，水主要受重力作用稳定向下流动。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄6②活塞式入渗水的垂向分布A.饱和带；B.传输带;C.湿润带。至于传输带为什么一直不能饱和，许多研究认为可能与形成的毛塞有关，另外也可能由于上部水推动下部水消耗能量，使其稳定下渗。③入渗方式A.活塞式B.捷径式chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄73.影响降水补给的因素①降雨特征a.年降水量;b.降水强度;c.时程分配。②包气带特征a.岩石透水性能;b.厚度适中;c.前期含水量③地形坡度④接受补给区的面积⑤植被※总之，降水时间越长，降雨强度适中（绵绵细雨），坡度平缓，植被较好，包气带厚度适中，分布面广，补给条件好。上述五个因素中降水特征、包气带特征起决定性的作用。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄8chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄94.降水入渗对地下水补给量的确定①实例a.地中渗透仪法;b.实测水位变幅计算。W＝μ•Δhμ――饱和差②公式计算Q＝1000α•F•X式中，Q――补给量，米3/年α――入渗系数。F――补给区的面积km2。X――年降水量，mm1000为单位换算系数。α也可查经验数据。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄10二、地表水对地下水的补给1.具备条件地表水位高于地下水位。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄11河流上游和中游chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄12长江瞿塘峡chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄13怒江大峡谷，两岸高度在3000米chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄14河流下游chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄152.主要补给地段a.大河下游地区；b.干旱地区的山前地带；c.河床下有良好的透水层或构造破碎带；d.水库、水池附近。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄16chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄17黄河中下游chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄183.影响地表水向地下水补给的因素a.地表水与地下水水位差；b.透水河床长度与湿周；c.河床的透水性d.河流流量e交替补给时，洪水延续时间的长短。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄194.河水对地下水补给量的确定A.测流；B.水文计算。※注意两点：①地表水和大气降水对地下水的补给不同大气降水地表水面状向下线状，集中在地表水周边时间有限的特点以长为特点②地表水和地下水的补给可以相互转化a.随季节转化;b.随河段转化chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄20三、含水层间的相互补给1.通道a.天窗相对隔水层尖灭处b.断层c.钻孔chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄21三、含水层间的相互补给2.直接补给a.潜水、承压水互补b.基岩山区侧向补给3.越流补给越流补给是通过弱含水层的补给（leakagerecharge）要弄清谁补给谁：在水的密度相同时，高水位补给低水位，不一定是高的含水层补给低的含水层。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄22承压水补给潜水情况示意图chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄23四、人工补给及人类活动对地下水的补给人工补给：指有目的的利用工程手段使地表水进入含水层。人类活动对地下水的补给指引水渠道的渗漏，灌溉水的入渗，水库的渗漏，排污，城市上、下水道的漏水等，使地表水补给含水层。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄241.人工补给的优点增加了地下水资源，控制了地面沉降。改善了水质，调节了水温。2.人工补给的方法地面入渗法，引蓄地表水自然渗入。地下灌注法，通过钻孔注入含水层。3.人工补给的必要条件含水层透水性好，入渗法时包气带厚度一般在10～20m，不得有稳定隔水层，水源成分适于补给。人类活动影响目前主要是灌溉和渠渗，因主要目的不是为了补给地下水。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄25chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄26五、凝结水补给凝结水补给（condensationrecharge）主要取决于空气湿度及温差，一般仅对于干旱地区有意义，气温湿润地区一般不考虑这一补给，因水量有限，不多讲。※此节讲了补给水源有五种，主要补给源的补给所具备的条件及补给量的确定，补给方式，影响补给源的因素等，统称补给条件，以后研究某一地方的补给源时，首先要考虑有哪些补给源，结合该地区具体谈其影响补给因素最后落脚到补给量。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄27§6.2地下水的排泄地下水的排泄（groundwaterdischarge）：研究排泄时，也是研究排泄条件，排泄去路及方式，影响排泄因素及排泄量。排泄形式：泉、泄流、蒸发、人工、越流。前四种为地下水的排泄，即排出地下。前四种再加越流、径流等为含水层的排泄，可能还在地下，但由一个含水层到另一个含水层，从含水层的某些部位到另一部位。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄28§6.2地下水的排泄一、泉泉（spring）――地下水的天然露头。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄29chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄30§6.2地下水的排泄一、泉泉的出露和地形、地质等水文地质条件密切相关。泉水出露，首先要有适宜的地形、地质条件；其次含水层水位要高于、最少是要等于泉水出露点的地形标高。在山区、丘陵等地区，褶皱强烈，地形隆起，断裂发育，侵蚀切割较深，故山区泉多，成为山丘地区地下水的主要排泄形式。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄311.泉的出露条件①含水层被河流沟谷切割；erosionspring②地下水在水平运动方向上由于某种原因受阻，水位升高，溢出地表；overflowspring③隔水层隆起，含水层变薄；④含水层被断层破坏；faultspring⑤由于岩脉的侵入，地下水沿接触带出露。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄32一2.泉的分类①以泉水排泄的含水层（地下水）性质划分Artesianspring/ascendingspringDescendingspringA.上升泉：承压水的天然露头。B.下降泉：排泄潜水的泉。如何判断泉的性质，实际是如何判断承压含水层和潜水含水层的问题。对下列现象综合分析，有助于确定泉的性质。a.泉的流量（与地形综合考虑）；b.泉水动态（访问）；c.泉水温度。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄33下降泉的形成原因chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄34Artesianspring?chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄35②以泉的出露原因（成因类型）划分A.侵蚀泉B.接触泉C.溢流（出）泉D.按触带泉E.断层泉③据含水层空隙性质分三类（以地下水的类型划分）孔隙泉裂隙泉岩溶泉④根据泉水的特殊化学成分或温度划分矿泉mineralizedspring、温泉thermalspring⑤综合分类定名（生产单位常用到）首先是空隙性质（定出类型），其次是出露原因（成因），最后是水的性质。如孔隙接触带下降泉；岩溶接触带上升泉。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄36浙江省乐清市雁荡山大龙湫chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄37一3.研究泉的意义①大泉、温泉、矿泉，具有实用价值。②是判断一个地区水文地质条件的窗口。A.根据Q判断岩石含水性，富水性，有泉基本上是含水的岩层。B.根据水质判含水层水质。C.据泉动态了解含水层动态。D.求入渗系数。③有助于查明地质构造。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄38chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄39chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄40§6.2地下水的排泄二、泄流泄流：地下水流出岩土尚未在地表露头而进入地表水中。泄流有集中与分散两种方式，其形成原因与泉的出露原因基本相同。泄流量的确定：同地表水对地下水的补给量确定方法相同。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄41chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄42chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄43§6.2地下水的排泄三、蒸发排泄蒸发排泄：地下水由液态转化成气态，从而使含水层水量消耗的作用过程。1.方式土面蒸发，植物蒸腾。2.影响蒸发排泄的因素①气候②地下水埋深③包气带岩性chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄44四、人工排泄抽水、放水排泄地下水等。本节讲了四种排泄形式，主要讲天然排泄，实际上本部分同学们可与地下水的补给等比照研究。如径流排泄→参考径流补给，越流补给→排泄，降水→蒸发，地表水入渗→泄流。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄45§6.3地下水的径流地下径流是由补给区到排泄区的作用过程。由于这样一个作用过程，使水在空间上分布更广泛，水质也有很大变化（可以携带溶滤成分迁移）。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄46一、地下水的径流条件研究地下水的径流，同样是研究径流条件。径流条件：指径流方向，径流强度，径流量以及影响径流的各种因素。径流方向、径流强度等在空间上是变化的，同一含水层在不同部位是有差异的，这一方面，借助流网容易说明。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄47二、径流强度与水质地下径流的强度即水交替强度，一般用V＝K·I表示。I＝（h1－h2）/L,一个地区地形切割强弱，影响着水力坡度的大小。对于承压水，渗透系数受到裂隙、岩溶发育的影响，如为孔隙水，则受到孔隙大小多少的影响。侵蚀基准面考虑，基准面以上较基准面以下水交替强烈。浅部较深部径流强烈。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄48三、地下水径流模数地下水径流模数：表示一平方公里含水层分布面积上地下水的径流量。Me――径流模数（L/s·km2）（升/秒·平方公里）；Q――地下水年总流量（m3）；F――含水层分布面积（km2）。径流模数――即每平方公里含水层面积上每秒钟以径流形式存在的水量（升数）。103、365×86400等均为单位核算系数。假如所得流量Q单位是升/秒，则Me=Q/F86400365103FQMechd-qw第六章地下水的补给径流与排泄49四、含水系统与径流系统含水系统：是地层或构造上的沉积单元或构造单元，是指具有隔水边界的，赋存及运动规律基本相同的，其内地下水有不同程度的水力联系。径流系统：地下水径流系统是由源到汇的流面所构成的边界内，具有统一的时空演变过程与统一的补给与排泄的地下水单元系统。源：凡能补给系统的物质；汇：凡能排泄系统的物质。含水系统与径流系统的关系：径流系统的边界是零通量，但它可以随着时间变化。而含水系统的边界也是零通量，但地质上的地层不会在研究问题时，从一个地方移到另一个地方，因而是不变的。chd-qw第六章地下水的补给径流与排泄50※补给量、排泄量和径流量的关系1.山区潜水山区，