07地下水的补给、排泄与径流

第七章 地下水的补给、排泄与径流7.1 地下水的补给7.1.1 大气降水对地下水的补给 7.1.2 地表水对地下水的补给

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 地下水的其它补给来源 泉 泄流

7.2 地下水的排泄

蒸发 蒸腾

7.3 地下水补给与排泄对地下水水质的影响

第七章 地下水的补给、排泄与径流过程：含水层或含水系统经由补给从外界获得水量，通 过径流将水量由补给处输送到排泄处向外界排出。 在补给与排泄过程中，含水层与含水系统除了与外 界交换水量外，还交换能量、热量与盐量。 意义：补给、排泄与径流决定着地下水水量、水质在空间 与时间上的分布。 为了解地下水的赋存变化规律，合理评价和开发利用 水资源，就必须研究地下水的补给、排泄与径流特征。

第七章 地下水的补给、排泄与径流 7.1 地下水的补给定义：含水层或含水系统从外界获得水量(盐量、热量) 的过程

研究内容：补给来源、补给条件、补给量。补给来源(自然):大气降水、地表水、凝结水，来自其 它含水层或含水系统的水等 补给来源(人工):灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门 性的人工补给 7.1.1 大气降水对地下水的补给 一、大气降水入渗机制

第七章 地下水的补给、排泄与径流目前认为，松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径 式两种：

第七章 地下水的补给、排泄与径流活塞式下渗：鲍得曼(Bodman)等人于1943—1944年对均质砂 进行室内入渗模拟试验的基础上提出，简而言之，这种入渗方 式是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。 在理想情况下，包气带水

分趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，均质土包气带水分分 布如图(c)中 t5 所示: 包气带

上部保持残留含水量(W0),一定深度以下，由于支持毛细 水的存在，含水量大于W0并向

下渐增，接近地下水面的毛细饱和带以及饱水带，含水量达 到饱和含水量(Ws)。

第七章 地下水的补给、排泄与径流

实际情况下，只有在雨季 过后包气带水分稳定时最接近 此理想情况. 雨季之前，由于旱季的土 面蒸发与叶面蒸腾，包气带上 部的含水量已低于残留含水量 W0,而造成所谓的水分亏缺 (图a,(t0))。

第七章 地下水的补给、排泄与径流雨季初期的降雨，首先要补足水分亏 缺，多余的水分才能下渗(图b,t3、t4)。 下渗水达到地下水面，使地下水储量增加， 地下水位抬高(图c)。 就地表接受降雨入渗的能力而言，初 期较大，逐渐变小趋于一个定值。降雨初 期，由于表土干燥，毛细负压很大，毛细 负压与重力

共同使水下渗，此时包气带的 入渗能力很强。随着降雨延续，湿锋面推 进到地下一定深度，相对于重力水力梯度 (I=1),毛细水力梯度逐渐变小，入渗 速率逐渐趋于某一定值(图7—3)。在降 雨强度超过地表入渗能力时，便将产生地 表坡流。

第七章 地下水的补给、排泄与径流

第七章 地下水的补给、排泄与径流活塞式下渗是在理想的均质土中室内试验得出的。实际上，从微观 的角度看，并不存在均质土。尤其是粘性土，除了粒间孔隙与颗粒 集合体内和颗粒集合体间的孔隙外，还存在根孔、虫孔与裂缝等大 的孔隙通道。在粘性土中，捷径式入渗往往十分普遍。

如图所示，当降水强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水 量时，一部分雨水将沿着渗

透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水 分向细小孔隙扩散。存在比

较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到 达地下水面。

第七章 地下水的补给、排泄与径流捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要 有两点不同： 1)活塞式下渗是年龄较新的水推动其下 的年龄较老的水，始终是“老”水先到达 含水层；捷径式下渗时“新”水可以超前 于“老”水到达含水层； 2)对于捷径式下渗，入渗水不必全部补 充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。

普遍认为，在砂砾质土中主要为活 塞式下渗，而在粘性土中则活塞式与捷 径式下渗同时发生。

第七章 地下水的补给、排泄与径流二、影响大气降水补给地下水的因素

蒸发地表

降水地表径流 下渗补给含水层

渗入地面以下的水，不等于补给含水层的水。其中相当 一部分将滞留于包气带中构成土壤水，通过土面蒸发与叶面 蒸腾的方式从包气带水直接转化为大气水。 以土壤水形式滞留于包气带并最终返回大气圈的水量相 当大。我国华北平原总降水量有70%以上转化为土壤水。

第七章 地下水的补给、排泄与径流土壤水的消耗(干旱季节以及雨季间歇期的蒸发与蒸腾)造 成土壤水分亏缺，而降水必须补足全部水分亏缺(在捷径式下渗 情况下降水必须补足水分亏缺的大部分)后方能补给地下水。 由此可见，雨季滞留于包气带的那部分水量，相当于全年支 持毛细带以上包气带水的蒸发蒸腾量。 入渗水补足水分亏缺后，其余部分继续下渗，达到含水层 时，构成地下水的补给。因此，平原地区降水入渗补给地下水 水量为：

qx X D S

qx——降水入渗补给含水层的量 X——年总降水量 D——地表径流量 单位：mm

△S——降水入渗补给含水层的量

第七章 地下水的补给、排泄与径流令：

qx X

为降水入渗

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。 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、植被等。 由于降水量中相当一部分要补足水分亏缺，因此年降水量过小 时，能够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则有利于 补给地下水，α 值较大。 降水特征也影响α值的大小。间歇性的小雨很可能只湿润土壤 表层而经由蒸发及蒸腾返回大气，不构成地下水的有效补给。过 分集中的暴雨则又可能因降水强度超过地面入渗能力而部分转化 为地表径流，使 α 值偏低。因此，不超过地面入渗速率的连绵细 雨最有利于地下水的补给。

第七章 地下水的补给、排泄与径流 包气带渗透性好，有利于降水入渗补给。包气带厚度过大(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，毛细饱和带达到地面，也不利于降水入渗。 当降水强度超过地面入渗速率时，地形坡度大会使地表坡流 迅速流走，使地表径流增加。平缓与局部低洼的地势，有利于 滞积表流，增加降水入渗的份额。 森林、草地可滞留地表坡流与保护土壤结构，这方面有利于 降水入渗。但是浓密的植被，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。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。

影响降水入渗补给地下水的因素是相互制约、互为条 件的整体，不能孤立地割裂开来加以分析。

第七章 地下水的补给、排泄与径流7.1.2 地表水对地下水的补给

第七章 地下水的补给、排泄与径流一、河流与地下水的补给关系沿河流纵断面的变化 一般说来，山区河谷深切，河水位常低于地下水位。 河谷起排泄地下水的作用(图a),洪水期则河水补给地 下水。 山前，由于河流的堆积作用，河床处于高位，河水常 年补给地下水(图b)。 冲积平原与盆地的某些部位，河水位与地下水位的关 系，随季节而变(图c)。 而在某些冲积平原中，河床因强烈的堆积作田而形成 所谓“地上河”,河水经常补给地下水(图d)。

二、间歇性河流对地下水的补给过程