《水文地质学基础》课程授课教案（讲稿）第七章 地下水的补给与排泄

课程名称：水文地质学第7讲次授课题目（章、节）第七章地下水的补给与排泄$1地下水的补给$2地下水的排泄本讲目的及重点：【目的要求]：掌握地下水补给的方法及特点，掌握泉的特点，掌握地下水的排泄方法，认识地下水径流分类【重点]：大气降水入渗机制、补给水量计算：地下水的排泄方式[难点]：大气降水入渗机制；泄流量的求解内容【本讲内容的引入】地下水的循环表现为含水层或含水系统在源接受水（水量，水的能量、热量、盐量），径流至汇。含水系统通过源与汇不断参与着地球表部层圈的水文循环，并与外界进行看水分与盐分的交换，这种交换决定着含水层的水量与水质在空间和时间上的变化规律。“第七章地下水的补给与排泄”接受多种来源补给含水层或含水系统从外界获得水量的过程称为补给；失去水量过程称为排泄；水分由补给处向排泄处的远移过程称作径流。S1地下水的补给地下水补给来源有大气降水、地表水、凝结水、其它含水层的水、各种人工补给来源水，对地下水的补给的研究包括补给来源、补给条件及补给量。一、大气降水对地下水的补给1.大气降水的入渗机制P64图7-1、7一2大气降水到达地面以后，要通过包气带才能到达地下水面。包气带的岩性结构及其含水状态对大气降水入渗补给含水层起着控制作用。（1)理想均质土中的入渗一一活塞式下渗（湿锋面整体式下降）包气带含水状态：雨季过后包气带水分稳定时的含水量Wo，Wo→Ws，（含水极值）旱季包气带上部的含水量低于Wo，水分亏缺Wo-W入渗水量首先消耗于湿润包气带，形成湿锋面，湿锋面向下推进，部分水量以结合水和悬挂毛细水的形式保留于包气带其中。如果湿锋面可以推进至地下水面，才能补给地下水。（2）非均质王一一粘性王（孔隙，根孔、虫孔、裂隙等大孔隙通道）捷径式入渗一部分水量将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿着下渗通道水分向细孔隙扩散。连续较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。入渗水不必要补充包气带水分亏缺。水的下渗方式对手分析污染物质在包气带的运移具有意义。2.影响大气降水补给地下水的因素图7-4降雨量的分配：地面蒸发地表径流入渗水：土壤水：入渗水相当一部分滞留于包气带中构成土壤水，水量相当大。雨季滞留于包气带的水量即土壤水消耗相当于全年支持毛细带以上包气带水的蒸发蒸腾量。？

课程名称: 水文地质学 第 7 讲次 授课题目(章、节) 第七章 地下水的补给与排泄 §1 地下水的补给 §2 地下水的排泄 本讲目的及重点： [目的要求]： 掌握地下水补给的方法及特点，掌握泉的特点，掌握地下水的排泄方法，认识地下水径 流分类 [重点]： 大气降水入渗机制、补给水量计算；地下水的排泄方式 [难点]： 大气降水入渗机制；泄流量的求解 内 容 [本讲内容的引入] 地下水的循环表现为含水层或含水系统在源接受水（水量，水的能量、热量、盐量）， 径流至汇。含水系统通过源与汇不断参与着地球表部层圈的水文循环，并与外界进行看水分与盐分的交 换，这种交换决定着含水层的水量与水质在空间和时间上的变化规律。“第七章 地下水的补给与排泄” 接受多种来源补给含水层或含水系统从外界获得水量的过程称为补给；失去水量过程称为排泄；水分由 补给处向排泄处的远移过程称作径流。 §1 地下水的补给 地下水补给来源有大气降水、地表水、凝结水、其它含水层的水、各种人工补给来源水，对地下水 的补给的研究包括补给来源、补给条件及补给量。 一、大气降水对地下水的补给 1.大气降水的入渗机制 P64 图 7－1、7－2 大气降水到达地面以后，要通过包气带才能到达地下水面。包气带的岩性结构及其含水状态对大气 降水入渗补给含水层起着控制作用。 (1)理想均质土中的入渗——活塞式下渗（湿锋面整体式下降） 包气带含水状态：雨季过后包气带水分稳定时的含水量 W0，W0→Ws，（含水极值） 旱季包气带上部的含水量低于 W0，水分亏缺 W0-W 入渗水量首先消耗于湿润包气带，形成湿锋面，湿锋面向下推进，部分水量以结合水和悬挂毛细水 的形式保留于包气带其中。如果湿锋面可以推进至地下水面，才能补给地下水。 （2）非均质土——粘性土（孔隙，根孔、虫孔、裂隙等大孔隙通道）捷径式入渗 一部分水量将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿着下渗通道水分向细孔隙扩散。连 续较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。入渗水不必要补充包气带水分亏缺。 水的下渗方式对于分析污染物质在包气带的运移具有意义。 2．影响大气降水补给地下水的因素 图 7-4 降雨量的分配： 地面蒸发 地表径流 入渗水：土壤水：入渗水相当一部分滞留于包气带中构成土壤水，水量相当大。 雨季滞留于包气带的水量即土壤水消耗相当于全年支持毛细带以上包气带水的蒸发蒸腾量。？

地下水补给：平原地区qx=X-D-AS式中，9一一降水入渗补给含水层的量；X一一年总降水量；D一一地表径流量：△S一一包气带水分滞留量，即水分亏缺，以上各项均以水柱mm表示。α=，a为降水入渗系数，即每年总降水量补给地下水的份额。a-0.2-0.5，南方岩溶区可达0.8，X西北极端干旱的山间盆地趋于零。a为可测值。平原区大气降水入渗补给量：O=X·a·F·1000Q一一降水入渗补给地下水量（ma）F一一补给区面积（km2）影响大气降水补给地下水的因素：降水特征、包气带的岩性与厚度、地形、植被降水特征主要为降水量与降水强度。由于大气降水是地下水最遍的补给来源，故对一个地区来说，地下水资源丰富与否首先取决于年降水量的大小。我国西北地区降雨很少，如新疆塔里木盆地年降水量仅在50mm以下，而蒸发强度却相当大，降水往往只到达地面就被蒸发掉了，对地下水没有补给作用，因此那里的水资源十分贫之。而在东南沿海一带，年均降水量在1500mm以上，地表与地下水的资源普遍比较丰富。在一定的降水量条件下，其入渗补给地下水的数量多少主要受降水强度（即单位时间内的降水量，通常以每小时降水深度的毫米数表示)与入渗速率的影响。如降水强度较大但不超过入渗速率，则有利于对地下水的补给：当降水强度超过入渗速率时就会产生地表径流，部分降水将从地表流走此时，地形因素对手入渗补给就会起作用：地形坡度大则地面坡流迅速，对地下水补给不利：平缓的地形与局部洼地则不易形成坡流，增加降水入渗的份额，地面上的植被能阻滞地表径流，有利于入渗补给.包气带渗透性好，有利于降水入渗补给，其厚度过大，不利于入渗补给。过浅也不利于补给。这些影响因素相互制约，互为条件，共同影响。二、地表水对地下水的补给河流与地下水的补给关系沿河流纵断面的变化：河水位与地下水位的关系间歇性河流对地下水的补给：图7-5河流渗漏水量=（Q1-Q2）t，t为河床过水时间。常年性河流，补给量=河流渗漏水量：间歇性河流：补给量<流渗漏水量大气降水与地表水是地下水的两种主要补给来源，从水源来讲，地表水是由大气降水转化而来的，从总体上来讲，降水量的多喜决定着一个地区地下水的丰富程度。平原，总补给水量=降水补给量+河流渗漏量山区，统一求取大气降水与地表水对地下水的补给量。认为：地下水的排泄量=地下水的补给量，求入渗系数

地下水补给：平原地区 qx = X − D − S 式中， x q ——降水入渗补给含水层的量； X——年总降水量； D——地表径流量； S ——包气带水分滞留量，即水分亏缺， 以上各项均以水柱 mm 表示。 X q a x = ，a 为降水入渗系数，即每年总降水量补给地下水的份额。a=0.2-0.5，南方岩溶区可达 0.8， 西北极端干旱的山间盆地趋于零。a 为可测值。 平原区大气降水入渗补给量： Q = X  a  F 1000 Q——降水入渗补给地下水量（m3/a） F——补给区面积（km2） 影响大气降水补给地下水的因素：降水特征、包气带的岩性与厚度、地形、植被 降水特征主要为降水量与降水强度。由于大气降水是地下水最遍的补给来源，故对一个地区来说， 地下水资源丰富与否首先取决于年降水量的大小。我国西北地区降雨很少，如新疆塔里木盆地年降水 量仅在 50mm 以下，而蒸发强度却相当大，降水往往只到达地面就被蒸发掉了，对地下水没有补给作 用，因此那里的水资源十分贫乏。而在东南沿海一带，年均降水量在 1500 mm 以上，地表与地下水的 资源普遍比较丰富。在一定的降水量条件下，其入渗补给地下水的数量多少主要受降水强度(即单位时 间内的降水量，通常以每小时降水深度的毫米数表示)与入渗速率的影响．如降水强度较大但不超过入 渗速率，则有利于对地下水的补给．当降水强度超过入渗速率时就会产生地表径流，部分降水将从地表 流走.此时，地形因素对于入渗补给就会起作用．地形坡度大则地面坡流迅速，对地下水补给不利．平 缓的地形与局部洼地则不易形成坡流，增加降水入渗的份额，地面上的植被能阻滞地表径流,有利于入 渗补给.包气带渗透性好，有利于降水入渗补给，其厚度过大，不利于入渗补给。过浅也不利于补给。 这些影响因素相互制约，互为条件，共同影响。 二、地表水对地下水的补给 河流与地下水的补给关系沿河流纵断面的变化：河水位与地下水位的关系 间歇性河流对地下水的补给：图 7-5 河流渗漏水量=（Q1-Q2）t，t 为河床过水时间。 常年性河流，补给量=河流渗漏水量；间歇性河流：补给量<流渗漏水量 大气降水与地表水是地下水的两种主要补给来源，从水源来讲，地表水是由大气降水转化而来的， 从总体上来讲，降水量的多寡决定着一个地区地下水的丰富程度。 平原，总补给水量=降水补给量+河流渗漏量 山区，统一求取大气降水与地表水对地下水的补给量。 认为：地下水的排泄量=地下水的补给量，求入渗系数

Qf为汇水区面积，X为年降水量。a=f.X-1000Q=X.a-f1000三、含水层之间的补给图7-71．两个含水层之间有联系的通路，水头较高的含水层便补给水头较低者2.隔水层分布不稳定“天窗”、导水断层、切穿数个含水层的钻孔3.越流补给。应用达西定律计算越流补给量Q=KalHA-HBV=KI=K-M越流补给量：尽管弱透水层的垂向渗透系数相当小，但由于驱动越流的水力梯度往往比水平流动的大上2-3个数量级，产生越流的积（全部弱透水层分布范围）更比含水层的过水断面大得多，对于松散沉积构成的含水系统，越流补给往往大于含水层侧向流入量。查明越流条件及影响因素，在生产实际中是很有意义的。在潜水井中抽水，承压含水层对潜水含水层的越流补给量随着两者水位差的加大而增大。从供水方面考虑，这将使能开采的水量有所增加。但对于排水，若要将潜水疏干至某一深度时，如果不了解这种越流补给就可能作出错误的排水设计：不能达到预期的疏干目的。四、地下水的其它补给1.凝结水的补给2.人工补给地下水补给方式：1、建造水库2、灌溉农田地下水位抬高，土壤样渍化（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。S2地下水的排泄地下水的排泄方式：泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向其它含水层（含水系统）排泄，人工排泄一、泉泉是地下水的天然露头，在地面与含水层或含水通道相交处地下水出露成泉。1.泉的类型P75图7-17下降泉：侵蚀泉、接触泉、溢流泉

 1000 = f X Q a f 为汇水区面积，X 为年降水量。 Q = X  a  f 1000 三、含水层之间的补给 图 7-7 1．两个含水层之间有联系的通路，水头较高的含水层便补给水头较低者 2．隔水层分布不稳定“天窗”、导水断层、切穿数个含水层的钻孔 3．越流补给。应用达西定律计算越流补给量 Q = KI M H H V KI K A − B = = 越流补给量：尽管弱透水层的垂向渗透系数相当小，但由于驱动越流的水力梯度往往比水平流动的大上 2-3 个数量级，产生越流的积（全部弱透水层分布范围）更比含水层的过水断面大得多，对于松散沉积 构成的含水系统，越流补给往往大于含水层侧向流入量。 查明越流条件及影响因素，在生产实际中是很有意义的．在潜水井中抽水，承压含水层对潜水含 水层的越流补给量随着两者水位差的加大而增大。从供水方面考虑，这将使能开采的水量有所增加．但 对于排水，若要将潜水疏干至某一深度时，如果不了解这种越流补给就可能作出错误的排水设计．不能 达到预期的疏干目的。 四、地下水的其它补给 1．凝结水的补给 2．人工补给地下水 补给方式： 1、建造水库 2、灌溉农田 地下水位抬高，土壤样渍化（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。 §2 地下水的排泄 地下水的排泄方式：泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向其它含水层（含水系统）排泄，人工排泄 一、泉 泉是地下水的天然露头，在地面与含水层或含水通道相交处地下水出露成泉。 1． 泉的类型 P75 图 7-17 下降泉：侵蚀泉、接触泉、溢流泉

上升泉：侵蚀上升泉、断层泉、接触泉2．实例分析：研究泉在地层中的出露情况及涌水量，可以确定岩层含水性图7-201弱含水层：2隔水层：3较好含水层：4隔水层：5最好含水层二、泄流当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称为地下水的泄流。地下水的泄流量=河流的基流。粗略估计泄流量：流量过程线的直接分割法。图7-21思考：估计泄流量与实院情况，偏大？偏小？三、蒸发土壤水的蒸发：孔角毛细水、悬挂毛细水及过路毛细水蒸发，不会使地下水盐化潜水的蒸发：支持毛细水、潜水四、蒸腾：叶面蒸发S3地下水补给与排泄对地下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、地下水循环分类（据补给与排泄特点）入渗一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：入渗一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。P80图7-25、图7-26【课程小结】本节讲述了地下水的补给与排泄，同学们要思考补给与排泄对地下水质、水量的影响，特别是与前面所学的水化学作用相联系。并且可以结合身边的事例，理论联系实践，去分析问题。【本讲作业及要求]：（1）请对以下陈述作出辨析：A，降雨强度越大，地下水入渗补给强度也越大：B.河流中的水分除了降雨直接转化而来外，还有地下水的贡献；C.溢流泉属于上升泉：D.潜水埋深越小，蒸发越强烈，降水入渗补给系数也越大：E：入渗系数只对潜水含水层有意义。F在地下水的排泄区，发育的泉数量越多，说明含水层的透水性越强，补给条件也越好。（2）承压含水层中地下水的补给主要有哪些方式？（3）分析：黄河作为地上悬河，与周围潜水的补给和排泄关系如何？如果在黄河两侧开采地下水，将引起这种补排关系如何变化？

上升泉：侵蚀上升泉、断层泉、接触泉 2． 实例分析：研究泉在地层中的出露情况及涌水量，可以确定岩层含水性 图 7-20 1 弱含水层；2 隔水层；3 较好含水层；4 隔水层；5 最好含水层 二、泄流 当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称为地下水的泄流。 地下水的泄流量=河流的基流。 粗略估计泄流量：流量过程线的直接分割法。图 7-21 思考：估计泄流量与实院情况，偏大？偏小？ 三、蒸发 土壤水的蒸发：孔角毛细水、悬挂毛细水及过路毛细水蒸发，不会使地下水盐化 潜水的蒸发：支持毛细水、潜水 四、蒸腾：叶面蒸发 §3 地下水补给与排泄对地下水质的影响 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。P80 图 7-25、图 7-26 [课程小结] 本节讲述了地下水的补给与排泄，同学们要思考补给与排泄对地下水质、水量的影响，特 别是与前面所学的水化学作用相联系。并且可以结合身边的事例，理论联系实践，去分析问题。 [本讲作业及要求] ： (1) 请对以下陈述作出辨析： A. 降雨强度越大，地下水入渗补给强度也越大； B. 河流中的水分除了降雨直接转化而来外，还有地下水的贡献； C. 溢流泉属于上升泉； D. 潜水埋深越小，蒸发越强烈，降水入渗补给系数也越大； E. 入渗系数只对潜水含水层有意义。 F. 在地下水的排泄区，发育的泉数量越多，说明含水层的透水性越强，补给条件也越好。 (2) 承压含水层中地下水的补给主要有哪些方式？ (3) 分析：黄河作为地上悬河，与周围潜水的补给和排泄关系如何？如果在黄河两侧开采地下水，将引 起这种补排关系如何变化？

（4）分析：水库的兴建可能对地下水的补给和排泄条件造成什么样的影响？（5）某承压含水层被开采时，其上部的潜水含水层水头也逐渐下降，请解释这种现象

(4) 分析：水库的兴建可能对地下水的补给和排泄条件造成什么样的影响？ (5) 某承压含水层被开采时，其上部的潜水含水层水头也逐渐下降，请解释这种现象