地下水的补给排泄与径流

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1、第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1 地下水的补给地下水的补给7.1.1 大气降水大气降水对地下水的补给对地下水的补给7.1.2 地表地表水水对地下水的补给对地下水的补给7.1.5 含水层之间含水层之间的补给的补给7.1.6 地下水的地下水的其它补给来源其它补给来源7.1.3 大气降水及河水大气降水及河水补给地下水水量补给地下水水量的确定的确定7.1.4 凝结水凝结水的补给的补给7.2 地下水的排泄地下水的排泄泉泉泄流泄流蒸蒸发发蒸蒸腾腾7.3 地下水补给与排泄对地下水水质的影响地下水补给与排泄对地下水水质的影响第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流

2、、排泄与径流过程过程：含水层或含水系统经由含水层或含水系统经由补给补给从外界获得水从外界获得水量，通过量，通过径流径流将水量由将水量由补给处补给处输送到输送到排泄处排泄处向外向外界排出界排出。 在补给与排泄过程中，含水层与含水系统除在补给与排泄过程中，含水层与含水系统除了与外界交换了与外界交换水量水量外，还交换外，还交换能量能量、热量热量与与盐量盐量。意义意义：补给、排泄与径流决定着地下水补给、排泄与径流决定着地下水水量水量、水水质质在在空间空间与与时间时间上的分布上的分布。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1 地下水的补给地下水的补给定义定义：含水层或含水系统

3、从外界获得水量含水层或含水系统从外界获得水量（盐量、热量）（盐量、热量）的过程的过程补给补给来源来源（人工）：（人工）：灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的性的人工补给人工补给研究内容：研究内容：补给来源、补给条件、补给量。补给来源、补给条件、补给量。补给补给来源来源（自然）：（自然）：大气降水大气降水、地表水地表水、凝结水凝结水，来自，来自其其它它含水层或含水系统的水等含水层或含水系统的水等一、一、大气降水入渗机制大气降水入渗机制7.1.1 大气降水大气降水对地下水的补给对地下水的补给第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 目前认为，松

4、散沉积物中的降水入渗存在目前认为，松散沉积物中的降水入渗存在活塞式活塞式与与捷径捷径式式两种两种：第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流活塞式活塞式下渗：下渗：入渗水的入渗水的湿锋面整体向下推进湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。，犹如活塞的运移。上层上层毛细水带毛细水带支持支持毛细水带毛细水带毛细毛细饱和带饱和带第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 在在理想情况理想情况下，包气下，包气带带水分水分趋趋于于稳稳定，不下渗也无蒸定，不下渗也无蒸发发、蒸、蒸腾时腾时，均，均质质土包气土包气带带水分分布如水分分布如图图中中 t5 所示所示。 实际实际

5、情况情况下，只有在雨季下，只有在雨季过过后后包气包气带带水分水分稳稳定定时时最接近此理想情最接近此理想情况况. 雨季之前，由于旱季的土面蒸雨季之前，由于旱季的土面蒸发发与叶面蒸与叶面蒸腾腾，包气，包气带带上部的含水上部的含水量已低于残留含水量量已低于残留含水量W0，而造成，而造成水分水分亏亏缺（缺（t0）。）。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流在降雨在降雨强强度度超超过过地表入渗能力地表入渗能力时时，便将，便将产产生生地表坡流地表坡流。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 实际实

6、际上，从微上，从微观观的角的角度看，并不存在均度看，并不存在均质质土。土。 尤其是粘性土，除了尤其是粘性土，除了粒粒间间孔隙与孔隙与颗颗粒集合体粒集合体内和内和颗颗粒集合体粒集合体间间的孔的孔隙外，隙外，还还存在存在根孔、虫根孔、虫孔与裂孔与裂缝缝等大的孔隙通等大的孔隙通道。道。活塞式下渗是在活塞式下渗是在理想的均质土理想的均质土（均质砂）（均质砂）中室内试验得出的。中室内试验得出的。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 捷径式捷径式下渗与下渗与活塞式活塞式下渗比下渗比较较： 1）活塞式下渗是年）活塞式下渗是年龄较龄较新的水推新的水推动动其下的年其下的年龄较龄较老的水

7、，始老的水，始终终是是“老老”水先水先到达含水到达含水层层；捷径式下渗；捷径式下渗时时“新新”水水可以可以超前于超前于“老老”水到达含水水到达含水层层； 2）对对于捷径式下渗，入渗水不必全于捷径式下渗，入渗水不必全部部补补充包气充包气带带水分水分亏亏缺，即可下渗缺，即可下渗补给补给含水含水层层。 适用条件：适用条件：在在砂砾质砂砾质土中主要为活土中主要为活塞式下渗，而在塞式下渗，而在粘性土粘性土中则活塞式与捷中则活塞式与捷径式下渗同时发生。径式下渗同时发生。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流二二、影响大气降水补给地下水的因素影响大气降水补给地下水的因素降水降水地表地

8、表下渗补给含水层下渗补给含水层蒸发蒸发地表径流地表径流渗入地面以下的水渗入地面以下的水 补给补给含水含水层层的水的水土面蒸土面蒸发发叶面蒸叶面蒸腾腾土壤水土壤水大气水大气水第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 入渗水入渗水补补足水分足水分亏亏缺后，其余部分缺后，其余部分继续继续下渗，达到含下渗，达到含水水层时层时，构成地下水的，构成地下水的补给补给。 平原地区降水入渗平原地区降水入渗补给补给地下水水量地下水水量为为：单位：单位：mmX年总降水量年总降水量D地表径流量地表径流量S包气带水分滞留量，即水分亏缺。包气带水分滞留量，即水分亏缺。qx降水入渗补给含水层的量降水入

9、渗补给含水层的量令：令：为为降水入渗补给系数降水入渗补给系数。含义：每年总降水量补给地下水的份额，常以小数表示。含义：每年总降水量补给地下水的份额，常以小数表示。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，其中主要有影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，其中主要有年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被等。等。降水特征降水特征也影响也影响值的大小。值的大小。 间歇性的小雨间歇性的小雨 过分集中的暴雨过分集中的暴雨 不超过地面入渗速率的连绵细雨不超过地面入渗速率的连绵细雨降水

10、量降水量中相当一部分要补足水分亏缺，因此中相当一部分要补足水分亏缺，因此年降水量年降水量过小过小时，能够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则时，能够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则有利于补给地下水，有利于补给地下水， 值较大。值较大。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流包气带渗透性包气带渗透性好，有利于降水入渗补给。好，有利于降水入渗补给。包气带厚度过大包气带厚度过大（潜水埋深过大），则包气带滞留的水（潜水埋深过大），则包气带滞留的水分也大，不利于地下水的补给。但潜水埋藏过浅分也大，不利于地下水的补给。但潜水埋藏过浅（厚度过厚度过小小），毛细饱和带达到

11、地面，也不利于降水入渗。，毛细饱和带达到地面，也不利于降水入渗。地形：地形： 当降水强度超过地面入渗速率时，当降水强度超过地面入渗速率时，地形坡度大地形坡度大会使地会使地表坡流迅速流走，使地表径流增加。表坡流迅速流走，使地表径流增加。 平缓与局部低洼的地势平缓与局部低洼的地势，有利于滞积表流，增加降水，有利于滞积表流，增加降水入渗的份额。入渗的份额。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流森林、草地可森林、草地可滞留滞留地表坡流与保护土壤结构，有利于降地表坡流与保护土壤结构，有利于降水入渗。水入渗。 影响降水入渗补给地下水的影响降水入渗补给地下水的因素是相互制约、互为条因

12、素是相互制约、互为条件的整体，不能孤立地割裂开来加以分析件的整体，不能孤立地割裂开来加以分析。浓密的植被浓密的植被，尤其是农作物，以蒸腾方式强烈消耗包气，尤其是农作物，以蒸腾方式强烈消耗包气水，造成大量水分亏缺。水，造成大量水分亏缺。 尤其在气候干旱的地区，农作物复种指数的提高，会尤其在气候干旱的地区，农作物复种指数的提高，会使降水补给地下水的份额明显降低。使降水补给地下水的份额明显降低。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1.2 地表地表水水对地下水的补给对地下水的补给一、一、河流与地下水的补给关系沿河流纵断面河流与地下水的补给关系沿河流纵断面的的变化变化第七章

13、第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1.2 地表地表水水对地下水的补给对地下水的补给第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流一般一般说说来，来，山区山区河谷深切，河水位常低于地下水位河谷深切，河水位常低于地下水位。河河谷谷起排泄地下水的作用（起排泄地下水的作用（图图a），），洪水期洪水期则则河水河水补给补给地下水。地下水。山前山前，由于河流的堆，由于河流的堆积积作用，河床作用，河床处处于高位，河水常年于高位，河水常年补给补给地下水（地下水（图图b）。）。冲冲积积平原与盆地平原与盆地的某些部位，河水位与地下水位的关系，的某些部位，河水位与地下水位的关

14、系，随季随季节节而而变变（图图c）。而在而在某些冲某些冲积积平原平原中，河床因中，河床因强强烈的堆烈的堆积积作田而形成所作田而形成所谓谓“地上河地上河”，河水，河水经经常常补给补给地下水（地下水（图图d）。）。二、二、间歇性河流对地下水的补给过程间歇性河流对地下水的补给过程第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 汛期开始，河水浸湿包气汛期开始，河水浸湿包气带带并并发发生垂直下渗，使河下潜水生垂直下渗，使河下潜水面形成水丘（面形成水丘（图图a）。）。河水不断下渗，水丘逐河水不断下渗，水丘逐渐渐抬抬高与高与扩扩大，与河水大，与河水联联成一体成一体（图图b）。）。 汛期汛期结

15、结束，河水撤走，水丘束，河水撤走，水丘逐逐渐趋渐趋平，使一定范平，使一定范围围内潜水内潜水位普遍抬高（位普遍抬高（图图c）。）。二、二、间歇性河流对地下水的补给过程间歇性河流对地下水的补给过程第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 河水河水补给补给地下水地下水时时，补给补给量的大小量的大小取决于下列因素：取决于下列因素：透水河床的透水河床的长长度与浸水周界的乘度与浸水周界的乘积积（相当于（相当于过过水断面）水断面）河床透水性（渗透系数）河床透水性（渗透系数）河水位与地下水位的高差（影响水力梯度）河水位与地下水位的高差（影响水力梯度）河床河床过过水水时间时间 对对于于常年

16、性河流常年性河流，为为了确定河水渗漏了确定河水渗漏补给补给地下水的水地下水的水量，可在渗漏河段上下游分量，可在渗漏河段上下游分别测别测定断面流量定断面流量Q1及及Q2，则则河河水渗漏量等于（水渗漏量等于（Q1-Q2）t，t为为河床河床过过水水时间时间。此渗漏量即。此渗漏量即为为河水河水补给补给地下水的水量；地下水的水量； 但是，但是，对对于于过过水水时间时间很短的很短的间间歇性河流歇性河流？第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流三、三、大气降水与地表水大气降水与地表水作为地下水补给来源的作为地下水补给来源的比较比较从从空空间间分布分布上看，大气降水属于上看，大气降水属于

17、面状面状补给补给，范，范围围普遍且普遍且较较均匀；地表水均匀；地表水则则可看作可看作线线状状补给补给，局限于地表水体周，局限于地表水体周边边。从从时间时间分布分布比比较较，大气降水持大气降水持续时间续时间有限有限而而地表水体持地表水体持续时间长续时间长，或是，或是经经常性的常性的。在地表水体附近，地下水接受在地表水体附近，地下水接受降水及地表水补给，开采后这一补给还可加强，因此地下降水及地表水补给，开采后这一补给还可加强，因此地下水格外丰富。水格外丰富。从从总总体体上上说说，降水量的多寡决定着一个地区地下水的丰富，降水量的多寡决定着一个地区地下水的丰富程度程度 就其水源而言，地表水是由大气降水

18、就其水源而言，地表水是由大气降水转转化而来的，即化而来的，即使使对对于干旱山于干旱山间间盆地，作盆地，作为为地下水主要地下水主要补给补给来源的河水，来源的河水，仍然来源于山区降水，或以冰雪形式仍然来源于山区降水，或以冰雪形式积积累起来的高山降水。累起来的高山降水。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流四、四、潜水和承压水潜水和承压水含水层接受降水及地表水补给的含水层接受降水及地表水补给的条件不同条件不同第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1.3 大气降水及河水补给地下水水量的确定大气降水及河水补给地下水水量的确定一、一、平原区大气降水入渗补

19、给量平原区大气降水入渗补给量在平原区，大气降水入渗补给地下水的量通常可用下式确定：在平原区，大气降水入渗补给地下水的量通常可用下式确定：Q降水入渗降水入渗补给补给地下水量（地下水量（m3/a）；）；X年降水量；年降水量；入渗系数；入渗系数；F补给补给区面区面积积（km2）。）。确定入渗系数确定入渗系数常用的方法有以下两种：常用的方法有以下两种：1）利用地中渗透）利用地中渗透仪测仪测定定2）利用天然潜水位）利用天然潜水位变变幅确定幅确定第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流二、二、山区降水与河水入渗量山区降水与河水入渗量 基岩山区大气降水、地表水与地下水的基岩山区大气降水

20、、地表水与地下水的转换情况转换情况比较复杂比较复杂，单独求算山区的大气降水入渗补给地下水，单独求算山区的大气降水入渗补给地下水量很困难，通常的做法是量很困难，通常的做法是统一统一 求取山区大气降水与地求取山区大气降水与地表水对地下水的补给量表水对地下水的补给量。 山区地形切割，地下水位埋藏深度大，山区地形切割，地下水位埋藏深度大，地下水的地下水的蒸发排泄量可以忽略蒸发排泄量可以忽略，大体上可认为，大体上可认为山区地下水的补山区地下水的补给量等于其排泄量给量等于其排泄量，故可通过故可通过测定地下水排泄量反求测定地下水排泄量反求其补给量。其补给量。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流

21、、排泄与径流二、二、山区降水与河水入渗量山区降水与河水入渗量山区地下水山区地下水全部以大泉形式全部以大泉形式集中排泄时，可通过定期测定集中排泄时，可通过定期测定泉流量泉流量求得全年排泄量。求得全年排泄量。如地下水分散泄如地下水分散泄流，可通流，可通过过分割河分割河水流量水流量过过程程线线求年求年排泄量（排泄量（见见图图）。）。基流基流：径流过程线径流过程线中表示河道内常年中表示河道内常年出现并基本稳定的出现并基本稳定的那部分水流，完全那部分水流，完全由地下水补给。由地下水补给。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流二、二、山区降水与河水入渗量山区降水与河水入渗量如果山区

22、地下水有一部分以地下径流形式排入相邻的平原如果山区地下水有一部分以地下径流形式排入相邻的平原或盆地，则必须另行计算这一部分水量加入排泄量中。或盆地，则必须另行计算这一部分水量加入排泄量中。山区的山区的入渗系数入渗系数是全年降水与河水补给地下水的量与年是全年降水与河水补给地下水的量与年降水量的比值：降水量的比值：Q年地下水排泄量，以前述方式求得；年地下水排泄量，以前述方式求得；f汇汇水区面水区面积积（km2）；）；X年降水量（年降水量（mm）。）。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 饱和湿度随温度降低饱和湿度随温度降低，温度降到一定程度，空气中的绝，温度降到一定程度，

23、空气中的绝对湿度与饱和湿度相等。温度继续下降，对湿度与饱和湿度相等。温度继续下降，超过饱和湿度超过饱和湿度的那的那一部分一部分水汽水汽，便，便凝结成水凝结成水。 这种由气态水转化为液态水的过程称作这种由气态水转化为液态水的过程称作【凝结作用凝结作用】。 第一阶段：第一阶段：夏季的白天，大气和土壤都吸热增温；到夜夏季的白天，大气和土壤都吸热增温；到夜晚，土壤散热快而大气散热慢。地温降到一定程度，在土壤晚，土壤散热快而大气散热慢。地温降到一定程度，在土壤孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，绝对湿度随之降低绝对湿度随之降低。 第二阶段：第二阶段：由于此时气温较高，由于此时

24、气温较高，地面大气的绝对湿度较地面大气的绝对湿度较土中为大土中为大，水汽由大气向土壤孔隙运动，如此不断补充，不，水汽由大气向土壤孔隙运动，如此不断补充，不断凝结，当形成足够的液滴状水时，便下渗补给地下水。断凝结，当形成足够的液滴状水时，便下渗补给地下水。7.1.4 凝结水的补给凝结水的补给第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1.5 含水层之间的补给含水层之间的补给 两个含水层之间存在两个含水层之间存在水头差水头差且有且有联系的通路联系的通路，则水头较高，则水头较高的含水层便补给水头较低者的含水层便补给水头较低者第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排

25、泄与径流第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流隔水层分布不稳定时，在其缺失部位的相邻的含隔水层分布不稳定时，在其缺失部位的相邻的含水层便通过水层便通过“天窗天窗”发生水力联系。松散沉积物及基发生水力联系。松散沉积物及基岩都有可能存在透水的岩都有可能存在透水的“天窗天窗”。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流切穿隔水层的切穿隔水层的导水断层导水断层往往成为基岩含水层之间的联系通路往往成为基岩含水层之间的联系通路第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流穿越穿越数个含水层的数个含水层的钻孔钻孔或止水不良的分层钻孔，或止水不良的分

26、层钻孔， 都将人都将人为地构成水由高水头含水层流入低水头含水层的通道。为地构成水由高水头含水层流入低水头含水层的通道。 第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换，称作相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换，称作越流越流。越流经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成越流经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层弱透水层。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 根据根据Q= =KI，在一，在一维维流流动动条件下，条件下，单单位水平面位水平面积积弱透弱透水水层层的越流量的越流量V为为： K弱透水层垂向渗透系数；弱透

27、水层垂向渗透系数； I驱动越流的水力梯度；驱动越流的水力梯度；HA含水层含水层A的水头；的水头；HB含水层含水层B的水头；的水头； M弱透水层厚度（等于渗透途径）弱透水层厚度（等于渗透途径）。 相相邻邻含水含水层层之之间间水水头头差愈大差愈大，弱透水弱透水层层厚度愈小而其厚度愈小而其垂向透水性愈好垂向透水性愈好，则单则单位面位面积积越流量便愈大。越流量便愈大。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.1.6 地下水的其它补给来源地下水的其它补给来源“无意无意识识”补给补给：建造水建造水库库、进进行灌行灌溉溉以及工以及工业业与生活与生活废废水的水的排放都使地下水排放都使地

28、下水获获得新的得新的补给补给。灌溉渠道的渗漏灌溉渠道的渗漏河流的入渗补给河流的入渗补给线状线状田面灌水入渗田面灌水入渗降水入渗补给降水入渗补给面状面状 灌水的田面入渗量取决于灌水方式灌水的田面入渗量取决于灌水方式。 习惯上将灌溉渗漏补给含水层的水习惯上将灌溉渗漏补给含水层的水( (包括渠道与田面渗包括渠道与田面渗漏漏) )称之为称之为灌溉回归水灌溉回归水。灌溉回归水往往可占灌水总量的。灌溉回归水往往可占灌水总量的2020% %4040% %。 平原、盆地中不适当的灌溉可引起潜水位大幅度上升，平原、盆地中不适当的灌溉可引起潜水位大幅度上升，引起土壤次生沼泽化与盐渍化。引起土壤次生沼泽化与盐渍化。

29、第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 采用采用“有有计计划划”的人的人为为措施措施补补充含水充含水层层的水量称之的水量称之为为人工人工补给补给地下水地下水。 人工人工补给补给地下水的目的主要是地下水的目的主要是补补充与充与储储存地下水存地下水资资源，抬源，抬高地下水位以改善地下水开采条件，同高地下水位以改善地下水开采条件，同时还时还有以下目的：有以下目的：储储存存热热源以用于源以用于锅锅炉用水，炉用水，储储存冷源用于空存冷源用于空调调冷却，控制地面沉降，冷却，控制地面沉降，防止海水倒灌与咸水入侵淡含水防止海水倒灌与咸水入侵淡含水层层等等等等。 人工人工补给补给地下水通

30、常采用地下水通常采用地面、河渠、坑池蓄水渗地面、河渠、坑池蓄水渗补补及及井孔灌注井孔灌注等方式等方式地面地面河渠河渠井孔灌注井孔灌注坑池蓄水坑池蓄水渗补渗补第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.2 地下水的排泄地下水的排泄定义定义：含水含水层层或含水系或含水系统统失去水量的失去水量的过过程称作排泄。程称作排泄。 在排泄在排泄过过程中，含水程中，含水层层与含水系与含水系统统的水的水质质也也发发生相生相应变应变化。化。研究内容研究内容：研究含水研究含水层层（含水系（含水系统统）的排泄包括排泄去路、排）的排泄包括排泄去路、排泄条件与排泄量等。泄条件与排泄量等。排泄方式：排

31、泄方式：地下水通地下水通过过泉泉、向河流泄流向河流泄流及及蒸蒸发发、蒸蒸腾腾等方式向外界排泄。等方式向外界排泄。此外，此外，还还存在一个含水存在一个含水层层（含水系（含水系统统）向另一含水）向另一含水层层（含水（含水系系统统）的排泄。）的排泄。（越流）（越流）用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水，均属地用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水，均属地下水的下水的人工排泄人工排泄。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.2.1 泉泉定义定义：泉是泉是地下水的天然露地下水的天然露头头，在地形面与含水，在地形面与含水层层或含水或含水通道相交点地下水出露成泉。通道

32、相交点地下水出露成泉。泉泉补给补给泉的含泉的含水水层层的性的性质质上升泉上升泉（承压水）（承压水）下降泉下降泉（潜水）（潜水）出露原因出露原因侵蚀泉侵蚀泉接触泉接触泉溢流泉溢流泉出露原因出露原因侵蚀（上升）泉侵蚀（上升）泉断层泉断层泉接触带泉接触带泉地下水集中排泄于河、湖或海的底部地下水集中排泄于河、湖或海的底部时时，便形成，便形成水下泉水下泉第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流侵蚀（下降）泉侵蚀（下降）泉接触泉接触泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉侵蚀（上升）泉侵蚀（上升）泉断层泉断层泉接触带泉接触带泉第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径

33、流、排泄与径流 沟谷切割揭露潜水含水沟谷切割揭露潜水含水层时层时，形成，形成侵侵蚀蚀（下降）泉（下降）泉（a、b） 地形切割达到含水地形切割达到含水层层隔水底板隔水底板时时，地下水被迫从两，地下水被迫从两层层接触接触处处出露成泉，出露成泉，这这便是便是接触泉接触泉（c）。大的滑坡体前）。大的滑坡体前缘缘常有泉出露。常有泉出露。这这是由于滑坡体破碎、透水性良好，而滑坡床相是由于滑坡体破碎、透水性良好，而滑坡床相对对隔水，隔水，实质实质上上这这也是一种接触泉也是一种接触泉 潜水流前方透水性急潜水流前方透水性急剧变剧变弱，或隔水底板隆起，潜水流弱，或隔水底板隆起，潜水流动动受受阻而涌溢于地表成阻而涌

34、溢于地表成泉泉，这这便是便是溢流泉溢流泉（d、e、f、g）。）。 当河流、冲沟等切穿当河流、冲沟等切穿承承压压含水含水层层的隔水的隔水顶顶板板时时，形成，形成侵侵蚀蚀（上（上升）泉升）泉（h） 地下水沿地下水沿导导水断水断层层上升，在地面高程低于上升，在地面高程低于测压测压水位水位处处涌溢地表，涌溢地表，便成便成为为断断层层泉泉（i） 岩脉或侵入体与岩脉或侵入体与围围岩的接触岩的接触带带，常因冷凝收，常因冷凝收缩缩而而产产生隙生隙缝缝，地，地下水沿此下水沿此类类接触接触带带上升成泉，就叫作上升成泉，就叫作接触接触带带泉泉（j）。）。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流

35、2）根据泉的流量可以确定）根据泉的流量可以确定含水含水层层的富水程度的富水程度。3）根据泉水的物理性）根据泉水的物理性质质、化学成分，可以了解各、化学成分，可以了解各含水含水层层的的水水质质特征特征。4）通）通过过泉的泉的动态观测动态观测，可以，可以获获得得地下水地下水动态动态的初步概念。的初步概念。5）根据泉的流量，可以作）根据泉的流量，可以作为论证为论证地下水允地下水允许许开采量保开采量保证证程程度的依据。度的依据。1）根据泉的出露情况，可以）根据泉的出露情况，可以判断岩判断岩层层的含水性的含水性。泉的水文地泉的水文地质质意意义义第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径

36、流6）根据泉的流量，可以根据泉的流量，可以计计算算地下水径流模数。（地下水径流模数。（Mc）Q0为为泉的泉的总总流量（流量（m3/s）；）； F为为地下水流域面地下水流域面积积（km2）。）。7）泉的研究有利于判断地）泉的研究有利于判断地质质构造。构造。 许许多泉出露在不同岩多泉出露在不同岩层层的接触的接触带带或断裂或断裂带带上。在上。在断断层线层线上，上，有有时时出出现线现线状排列的上升泉状排列的上升泉，故根据泉的分布，故根据泉的分布规规律及形成条件律及形成条件的分析，有助于判断地的分析，有助于判断地质质构造。当第四系沉构造。当第四系沉积积物不很厚物不很厚时时，在，在地面上可以地面上可以见见

37、到与底到与底层层界界线线或构造或构造带带有关的泉，据此可以判断有关的泉，据此可以判断隐隐伏构造位置。伏构造位置。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.2.2 泄流泄流 当河流切割含水当河流切割含水层时层时， 地下水沿河呈地下水沿河呈带带状排泄，状排泄， 称作称作地下水的泄流。地下水的泄流。 在河流上在河流上选选定断面，定期定断面，定期测测定河水流量，可得出河流定河水流量，可得出河流流流线过线过程程线线，并分割得出地下水泄流量（，并分割得出地下水泄流量（图图 721）。）。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.2.2 泄流泄流 最最简单简单

38、的分割方法如的分割方法如图图 722 所示。在流量所示。在流量过过程程线线起起涨涨点点 A 起引一水平起引一水平线线交于退水段的交于退水段的 B 点，点，则图则图中有阴中有阴线线部分部分即相当于地下水泄流即相当于地下水泄流补给补给河水的量。在水文学中此水量称作河水的量。在水文学中此水量称作河流的基流。河流的基流。基流基流：径流过径流过程线中表示河程线中表示河道内常年出现道内常年出现并基本稳定的并基本稳定的那部分水流，那部分水流，完全由地下水完全由地下水补给。补给。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流【区域】【区域】低平地区，尤其干旱气候下松散沉积物构成的平原与低平地区

39、，尤其干旱气候下松散沉积物构成的平原与盆地中盆地中，蒸发与蒸腾往往是地下水，蒸发与蒸腾往往是地下水主要的排泄方式主要的排泄方式。 土壤水的蒸发土壤水的蒸发 潜水的蒸发潜水的蒸发一、土壤水的蒸发一、土壤水的蒸发包气带上部的水包气带上部的水：孔角毛细水、悬挂毛细水乃至过路毛细水孔角毛细水、悬挂毛细水乃至过路毛细水。 由液态转为气态由液态转为气态而蒸发排泄，造成包气带水分亏缺而蒸发排泄，造成包气带水分亏缺 蒸发强度取决于气候与包气带岩性。蒸发强度取决于气候与包气带岩性。结果结果： 间接影响饱水带接受降水补给的份额，但不会直接消耗间接影响饱水带接受降水补给的份额，但不会直接消耗饱水带的水量。饱水带的水

40、量。 土壤水季节性的浓缩，雨季得到降水补充而淡化土壤水季节性的浓缩，雨季得到降水补充而淡化7.2.3 蒸发蒸发包包气气带带打井出水打井出水毛毛细细水水带带上层毛细水带上层毛细水带支持毛细水带支持毛细水带毛细饱和带毛细饱和带第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流二、二、潜水的潜水的蒸发蒸发 紧接潜水面紧接潜水面的包气带中分布着的包气带中分布着支持毛细水支持毛细水。 支持毛细水支持毛细水是潜水沿着毛细孔隙上升而形成的，是潜水沿着毛细孔隙上升而形成的，与潜水密不可分与潜水密不可分。 当潜水面埋藏不深，支持毛细水带上缘离地表较近时，大气相对当潜水面埋藏不深，支持毛细水带上缘离地

41、表较近时，大气相对湿度小于饱和湿度，毛细弯液面上的水不断湿度小于饱和湿度，毛细弯液面上的水不断由液态转为气态由液态转为气态，逸入大，逸入大气；气； 潜水则源源不断通过毛细作用上升补充支持毛细水，使蒸发得以潜水则源源不断通过毛细作用上升补充支持毛细水，使蒸发得以持续进行。持续进行。结果：结果： 水分沿毛细管源源上升又不断气化蒸发，水流带来的盐分便浓集水分沿毛细管源源上升又不断气化蒸发，水流带来的盐分便浓集于毛细带的上缘。降雨时，入渗降水淋溶部分盐分重新返回潜水。于毛细带的上缘。降雨时，入渗降水淋溶部分盐分重新返回潜水。 因此，强烈的潜水蒸发将使土壤集盐（造成土壤盐渍化）与地下因此，强烈的潜水蒸发

42、将使土壤集盐（造成土壤盐渍化）与地下水不断浓缩盐化。水不断浓缩盐化。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 影响潜水蒸影响潜水蒸发发，从而决定土壤与地下水，从而决定土壤与地下水盐盐化程度的因素化程度的因素:1）气候气候愈干燥，相愈干燥，相对对湿度越小，潜水蒸湿度越小，潜水蒸发发便愈便愈强强烈。烈。 相相对对湿度湿度经经常小于常小于50%的西北，有的地方潜水的西北，有的地方潜水矿矿化度化度可达可达100300g/L； 相相对对湿度湿度经经常保持常保持80%以上的川西平原，尽管以上的川西平原，尽管潜水位潜水位埋藏埋藏很浅，但其很浅，但其矿矿化度不到化度不到0.5g/L。气候

43、气候、潜水埋藏深度潜水埋藏深度、包气包气带带岩性岩性，地下水流地下水流动动系系统统的的规规模模第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流2）潜水面埋藏潜水面埋藏愈浅，蒸愈浅，蒸发发愈愈强强烈。烈。 地地处处半干旱地区的河北石家庄市，利用地中渗透半干旱地区的河北石家庄市，利用地中渗透仪测仪测得得潜水蒸潜水蒸发发与其水位埋藏深度的关系（与其水位埋藏深度的关系（图图723）。）。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流 有人有人发现发现，干旱地区即使山前埋深达数十米的潜水，干旱地区即使山前埋深达数十米的潜水矿矿化度仍比化度仍比较较高。高。 因此因此认为认为，

44、这这是是干旱气候干旱气候下气下气态态的水分子从深部不断的水分子从深部不断逸出而蒸逸出而蒸发发的的结结果。果。 从从图图中可中可见见，水位埋藏，水位埋藏深度小于深度小于2m时时，随着潜水埋，随着潜水埋深深变变浅，蒸浅，蒸发发量量显显著增大著增大，深度大于，深度大于2m，潜水蒸，潜水蒸发发明明显显减弱。减弱。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流3 3）包气带岩性包气带岩性主要通过其对毛细主要通过其对毛细上升高度与速度上升高度与速度的控的控制而影响潜水蒸发。制而影响潜水蒸发。 砂砂太太大毛细上升高度太小，而大毛细上升高度太小，而亚粘土与粘土亚粘土与粘土的毛的毛细上升速度又太

45、低，均不利于潜水蒸发。细上升速度又太低，均不利于潜水蒸发。 粉质粉质亚砂土亚砂土、粉砂粉砂等组成的包气带，毛细上升高等组成的包气带，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。度大，而毛细上升速度又较快，故潜水蒸发最为强烈。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流4 4）干旱、半干旱地区干旱、半干旱地区地下水流动系统的排泄区地下水流动系统的排泄区是蒸发浓是蒸发浓缩作用最为强烈的地方。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区域性流动系统的排泄区由于能够汇集汇集更大范围地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下水中的盐分，蒸发

46、浓缩较局部流动系统排泄区更为发育。育。 干旱、半干旱的平原与盆地，常常由于利用干旱、半干旱的平原与盆地，常常由于利用地表水地表水大量灌大量灌溉溉引起潜水面抬升，潜水蒸引起潜水面抬升，潜水蒸发发增增强强，从而造成次，从而造成次生的土地生的土地盐渍盐渍化。化。7.2.4 蒸腾蒸腾第八章第八章 地下水系地下水系统统第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.3 地下水的径流地下水的径流定义定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径流。：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径流。研究内容研究内容：径流方向、径流强度、径流量、影响径流的因素：径流方向、径流强度、径流量、影响径流的

47、因素意义意义：径流的强弱影响含水层水量与水质的形成过程及：径流的强弱影响含水层水量与水质的形成过程及其时空分布。其时空分布。“补给补给径流径流排泄排泄”是地下水形成过程中一个统一不是地下水形成过程中一个统一不可分割的循环过程。可分割的循环过程。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流总体来说：总体来说：从高处向低处流动从高处向低处流动。尤其是潜水。尤其是潜水7.3.1 径流方向径流方向以我国华北平原为例：以我国华北平原为例： 在在总的地势总的地势控制下，由山前向滨海地下水作纵向流动；控制下，由山前向滨海地下水作纵向流动； 同时，山前下降的潜水流在平原中某些部位上升；同时，

48、山前下降的潜水流在平原中某些部位上升； 在局部地形的控制下，浅层潜水由地上河及古河道下降，在局部地形的控制下，浅层潜水由地上河及古河道下降，越流补给深层水，而在河间洼地则由深部向浅部作上升越越流补给深层水，而在河间洼地则由深部向浅部作上升越流运动。流运动。 但不管地下水具体的径流路径如何复杂，都可以通过编但不管地下水具体的径流路径如何复杂，都可以通过编制地下水等水位线图或等水压线图来分析研究。制地下水等水位线图或等水压线图来分析研究。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.3.2 径流强度径流强度单位时间内通过单位过水断面的水量单位时间内通过单位过水断面的水量渗透速度

49、来表征。渗透速度来表征。 与含水层的透水性、补给区到排泄区之间的水位差成正比，与含水层的透水性、补给区到排泄区之间的水位差成正比，与补给区到排泄区的长度成反比。与补给区到排泄区的长度成反比。7.3.3 径流量径流量定义定义：地下水流经某过水断面的流量：地下水流经某过水断面的流量径流量大小取决于含水层厚度和地下水的补给排泄条件。径流量大小取决于含水层厚度和地下水的补给排泄条件。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流7.3 补给、径流、排泄对地下水水质

50、的影响补给、径流、排泄对地下水水质的影响 地下水获得矿化度与化学类型不同的地下水获得矿化度与化学类型不同的补给补给水，水质也因而发水，水质也因而发生变化。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。干旱地区的潜水往往因长期蒸发浓缩而成为高矿化水。在那些经常获得低矿化水补给的地段，如河流沿岸，季节性集水在那些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。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，这多高矿化水与污染水的补给，则使含水层水质恶化，这多半是在人为影响下发生的。半是在人为

51、影响下发生的。 例如例如，工业工业废水废水与生活与生活污水污水的不合理排放，的不合理排放，降水淋滤废料降水淋滤废料与吸收废气后与吸收废气后补给地下水等，过量抽汲滨海地区的或与咸水层有补给地下水等，过量抽汲滨海地区的或与咸水层有联系的淡水含水层，也可引起海水或咸水补给淡水层而引起水质联系的淡水含水层，也可引起海水或咸水补给淡水层而引起水质恶化。恶化。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流地下水的地下水的排泄排泄，根据其对水质影响可分为两大类：，根据其对水质影响可分为两大类： 一类是径流排泄，包括以泉、泄流等方式的排泄在内，其特一类是径流排泄，包括以泉、泄流等方式的排泄在内

52、，其特点是盐随水走，水量排走的同时也排走盐分。点是盐随水走，水量排走的同时也排走盐分。 另一类是蒸发排泄，其特点是另一类是蒸发排泄，其特点是水走盐留水走盐留。将将补给、排泄补给、排泄结合起来，我们可以划分为两大类地下水循环结合起来，我们可以划分为两大类地下水循环：渗入渗入径流型径流型 和和 渗入渗入蒸发型蒸发型 前者，长期循环的结果，使岩土与其中赋存的地下水向前者，长期循环的结果，使岩土与其中赋存的地下水向溶滤溶滤淡化淡化方向发展；方向发展； 后者，长期循环，使后者，长期循环，使补给区补给区的岩土与地下水的岩土与地下水淡化脱盐淡化脱盐，排泄排泄区区的地下水盐化，的地下水盐化，土壤盐渍化土壤盐渍化（图（图725、图、图726）。）。第七章第七章 地下水的地下水的补给补给、排泄与径流、排泄与径流