水文地质学基础5课件

第五章 地下水的补给、排泄与径流l学习导航：第一节 地下水的补给l大气降水补给大气降水入渗补给机制l降水入渗路径，见图5-1l入渗率：单位时间内通过单位地表面积入渗的水量称为入渗率。l入渗动力：分子吸引力、毛细力和重力的综合作用。l毛细管入渗率计算公式l入渗率与时间的关系，见图5-2第一节 地下水的补给l入渗的四带：完全饱和带、传输带、湿润带、湿润前锋完全饱和带：地表以下数厘米深度内出现水分完全饱和的薄层。传输带：含水量保持80%左右，不断由地表接受水分并向下传输的一个带。湿润带：位于传输带以下，此带含水量自上而下逐渐降低。湿润前锋：是湿润带的边缘，与下部未湿润带之间含水量突变，在毛细力作用下向下推进。l入渗的优势的路径，见图5-3第一节 地下水的补给l影响大气降水入渗补给的因素降水本身的因素l降水量大小l降水类型地形坡度植被覆盖地质因素研究入渗补给因素的意义第一节 地下水的补给l四种不同时间尺度的补给短期补给：主要发生在干、湿季节分明地区一次大雨后。季节性补给：在雨季或雪融期持续入渗的水流补给潜水。永久性补给：降雨终年不断地补给地下水。历史性或古补给：历史时间形成的地下水补给。l研究不同时间尺度补给的意义第一节 地下水的补给l降水的入渗系数l降水入渗的研究方法及入渗系数的测定测试方法：地中渗透仪法、中子水分仪利用天然潜水变幅求入渗系数：先根据潜水面的上升值，求出入渗量Xi,再求出入渗系数。降水入渗系数的经验数值l降水入渗系数与岩性和地下水埋深的关系，见表5-1l降水入渗系数与年降水量和地下水埋深的关系见表5-2l山区降水入渗系数的经验数值，见表5-3第一节 地下水的补给根据入渗系数求年入渗补给量l地表水对地下水的补给地表水补给地下水的必要条件：1、两者之间必须具有水力联系 2、地表水位必须高于地下水位（实例）地表水补给地下水的时间上变化，见图5-11图5-12地表水补给地下水的空间上变化第一节 地下水的补给地表水补给地下水的影响因素：河床的透水性、河道的宽度及补给段的长度、河水水位高度河水渗漏量的测量:（Q1-Q2）tl大气降水补给与河流补给的特点大气降水补给是面状补给，范围广比较均匀地表水是线状（河流）和点状（小湖、坑、塘）补给，局限于地表水体周边大气降水补给持续时间有限地表水体补给持续时间长，或是经常性的。l凝结水的补给l承压水的补给：与潜水的区别主要在于补给区域与面积，见图5-13l含水层之间的补给含水层之间补给的条件：l1.两个含水层之间有水力联系 l 2.存在水头差第一节 地下水的补给补给的类型：直接补给和间接补给，见图5-14“天窗”的概念及实例。图5-15.弱透水层的概念及实例，图5-16.l地下水的人工补给主要方法：人工专门补给（回灌、诱导补给）、非专门性人工补给（修建水库、渠道渗漏、农业灌溉等），见图5-18、图5-20人工补给的目的：1、补充水量 2、调节水温 3、防止地面沉降 4、改善地下水质 5、防止或减少海水入侵人工补给的原则：不能引起不良的水文地质和工程地质现象。第二节 地下水的排泄l定义：含水层失去水量的过程称为排泄。l排泄的形式：点状排泄、线状排泄、面状排泄l泉形成原因：地形受到侵蚀、地下水受阻水位升高、承压含水层有通道与地表相通泉按补给水源分类：1、下降泉 2、上升泉泉按出露成因分类：1、侵蚀泉 2、接触泉 3、溢流泉4、断层泉 各种泉的类型见图5-21实例：泉城济南见图5-24、趵突泉、黑虎泉、珍珠泉泉的水文地质意义：可以通过其确定地下含水层的富水性、水位标高、分布特征、化学特征及动态变化，还有助于判断隐伏地质构造，可以作为供水水源。第二节 地下水的排泄l泄流：当河流、湖泊、海洋等侵蚀到含水层时，地下水分散地沿地表水体周界排泄称为泄流。l河水与地下水的联系状况潜水与河水无直接水力联系（图5-25）潜水与河水有直接水力联系（图5-11）潜水与河水有周期性水力联系（图5-26）承压水与河水有直接水力联系（图5-27）第二节 地下水的排泄l泄流量测定方法：水文过程线：河流某一断面上流量与时间关系的曲线，称为水文过程线（流量过程线）。基流：向河流排泄的地下水流量称为基流。水文过程线分割法：通过绘制流量与时间的关系曲线，在曲线上分割出降水补给量和地下水的补给量（基流）。基本原理：认为正常情况下河水由两部分组成，一部分是降水补给，另一部分是地下水补给。具体分割方法：l直线分割法（图5-28）（包括直线分割法和斜割法）适用于地下水与河水无直接水力联系缺点：随意性大，误差大优点：简便易行标准退水曲线法l具体步骤：确定标准退水线：图5-30确定洪峰段确定起涨点A和退水点B将标准退水线绘于过程线上（图5-29）求出基流l适用：河流与潜水无直接水力联系、地下水径流不受河水涨落影响。l优点：一定程度反映了地下水泄流规律库捷林分割法（图5-31）l适用：河水与潜水有直接水力联系l原理：枯水期，河流由地下水泄流组成，洪水期，地下水泄流为零。全年连续多峰过程线的分割（图5-32）l先分割出深层地下水补给线l然后按每一个洪峰分割出浅层地下水l化学成分分割法lQ河水的流量lC河水中某一化学组分的浓度lQs排入河流的地表径流流量lCs地表径流中某组分浓度lQg排泄入河的地下水量lCg地下水中某一组分浓度第二节 地下水的排泄l蒸发排泄土面蒸发 l影响地面蒸发的因素气候因素包气带岩性：亚砂土、粉土最适合于毛细水上升潜水面的深度，见图5-34、图5-35l蒸发量的两个公式：l柯夫达公式l 潜水蒸发极限埋深、潜水埋深l蒸发强度、水面蒸发强度第二节 地下水的排泄沈立昌公式蒸发对土壤的不利影响叶面蒸发：叶面蒸发量大于土壤蒸发量，甚至为土壤蒸发量的两倍。l人工排泄：抽水、矿井排水第三节 地下水的径流l径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径流。l径流方向：总的趋势是由补给区向排泄区运动，由水头高处向低处运动。l径流强度：单位时间通过单位断面的流量，即渗流速度。l地下径流量：一段时间内（通常一年）含水系统流出的水量。l地下径流模数：表示一平方公里含水层面积上地下水的流量。单位L/S.km2第三节 地下水的径流l地下径流系数：地下径流量与同一时间内（通常一年）降落在含水层补给面积上的降水量之比。X年降水量（mm）Q地下径流量（m3/a）l地下径流量的影响因素：补给条件排泄条件含水层厚度。l径流强度影响因素：含水层的透水性补给区到排泄区的水头差及距离。与含水系统的构造有关l构造开启程度，图5-36l断层的导水性，图5-37第三节 地下水的径流l地下水径流系统和径流带地下水径流系统：实质上是以流面为边界的具有统一补给、径流与排泄的地下水单元。与地下水系统的区别（地下水含水系统则是具有隔水或相对隔水边界的沉积单元或构造单元。）地下径流系统的几种模式l裘不依假设（平面流）l哈伯特的河间地块流动模式，图5-38l托思的均质各向同性潜水盆地的理想水流模式，图5-39第三节 地下水的径流l费特提出两径流系统的交接处可能存在驻点，图5-40l实例，图5-41、图5-42l强径流带：在某些发育不均一的泾流场中，强径流区段往往成不规则的带状展布，故称之为强径流带或集中径流带。强径流带的意义l 径流强度、居留时间和水质的关系第三节 地下水的径流l水文地质概念模型概念模型提出的意义概念模型的定义：水文地质概念模型是从现场和实验所收集到的具体数据的综合，也就是表示有关含水层结构和作用以及含水系统特征方面的数据图，即“概念示意图”。水文地质概念模型的资料l水文地质建造特征l介质状况：边界面、厚度、岩性、粒度或裂隙发育程度等l地质边界条件和水动力学边界条件l水位和入流量、出流量l水动力学参数及其在空间上的分布l实例1 图5-45 实例2 图5-46实例一淮北岩溶水系l按水文意义划分，本区以东南向的宿北断层为界，可以划分为两个大的水文地质单元，宿北断层以北为淮北岩溶水系，其南为宿州岩溶水系统。l淮北系统北界丘陵山地分水岭，东界支河断层，南界宿北断层，西界刘桥井田灰岩顶面1000m埋深线。l宿州岩溶水系统北界宿北断层，东界固镇长丰断层、双涧断层，西界袁店矿灰岩顶面1000m埋深线。l补给区：淮北岩溶水系在肖县和淮北市区附近有灰岩出露，在山前倾斜平原，灰岩被厚数米至50m的第四系所覆盖，灰岩接受第四系补给。l排泄区：在宿州地区，灰岩含水层的水位高于第四系松散层的水位，说明在灰岩的露头处，灰岩水会向松散层排泄。l径流区：由于第三隔水层的良好隔水性，淮北矿区深部及宿州矿区岩溶水仍以水平径流为主。实例2 王家岭矿区王家岭矿区地形图 矿区内各水系分布图 矿区内分水线及集水面积图 矿区内各河流地表汇流量及地下补给量 河流名称平均年降雨量（mm）集水面积(km2)井田内降雨总量(106m3)地表汇流量(106m3)地下补给量(106m3)鄂河(矿区内)5707241.09.831.2顺义河6034.28.226.0未名河3721.05.016.0总计57016996.223.073.2鄂河(矿区外)570406231.455.4176.0本章小结补给径流排泄形式影响因素作用形式影响因素作用影响因素作用一五章小结环境介质运动物化性质补径排